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UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE MINAS SIMULACIÓN DE SISTEMA LHD AUTOMATIZADO MEDIANTE EVENTOS DISCRETOS – APLICACIÓN A MINERÍA DE CAVING PROYECTO NUEVO NIVEL MINA DIVISIÓN EL TENIENTE TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN MINERÍA ARMANDO FABIÁN GUERRERO GONZÁLEZ PROFESOR GUÍA: RAÚL CASTRO RUIZ MIEMBROS DE LA COMISIÓN: ANDRÉS AVENDAÑO FIGUEROA NELSON MORALES VARELA JUAN YARMUCH GUZMÁN SANTIAGO DE CHILE 2017 i RESUMEN DE LA TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGISTER EN MINERÍA POR: ARMANDO GUERRERO GONZÁLEZ FECHA: 2017 PROF. GUÍA: RAÚL CASTRO RUIZ RESUMEN Dentro de los hitos relevantes que deben ser estudiados en el contexto de la Ingeniería del Proyecto Nuevo Nivel Mina, se encuentra el análisis del sistema de extracción de mineral para calcular los indicadores de productividad y utilización de los equipos principales, tal que permitan determinar la flota de equipos y cumplir metas productivas, identificando las vulnerabilidades del proceso para el término del primer quinquenio de operación del proyecto. Como límite de batería del estudio se consideran los procesos mineros desde la etapa de extracción de mineral en zanjas hasta la descarga de mineral a los piques de traspaso, incluyendo las operaciones asociadas a la reducción secundaria en zanjas y parrillas. Se excluyen las operaciones aguas abajo de los piques. El análisis del sistema de extracción permitirá optimizar los rendimientos asociados con productividad e incrementar la eficiencia en los ciclos productivos que permitan asegurar el cumplimiento de las metas de producción, paralelamente permitirá definir la flota de equipos LHD para la toma de decisiones, factor importante en el momento de proceder con las adquisiciones. La primera etapa de este trabajo, consta de una definición de los objetivos y motivación que origina el estudio, para posteriormente realizar un análisis bibliográfico con temas relacionados principalmente con simulación dinámica y automatización. Luego se procede con la recopilación de información y estadística de los datos relacionados con el proceso de extracción de mineral, que entregarán la confiabilidad para la configuración y programación del modelo computacional. En el caso del Proyecto Nuevo Nivel Mina no existe una configuración similar para el manejo de mineral en el Nivel de Producción con piques de traspaso ubicados cada 120 m y equipos que cuenten con el mismo grado de automatización, tal que permita extrapolar datos de utilización y rendimientos, dada esta incertidumbre, considerando además que las herramientas analíticas se encuentran limitadas frente a la interacción de variables, se implementa un modelo computacional del sistema de extracción de mineral, utilizando simulación dinámica de eventos discretos. La segunda y última etapa, considera realizar la logística de operación, construcción, verificación y validación del modelo computacional, para luego proceder con la captura y análisis de datos estadísticos que permita responder los objetivos e interrogantes planteadas en este estudio. Junto con esto, se procede con los respaldos en la configuración y programación con software Promodel para profesionales de la industria. Respecto a los resultados, la flota estimada corresponde a 11 unidades de equipos LHD cumpliendo la capacidad productiva de 56.000 t/d específicamente para el término del primer quinquenio de operación. ii “Con amor a mis padres Verónica y Armando quienes han dado todo por sus cuatro hijos, esfuerzo, fortaleza, apoyo, valores y por sobre todo su incondicional amor”. Los amo. “A mi mujer Laura, quien ha estado este año maravilloso junto a mi lado, entregándome su amor y permanente apoyo para lograr finalizar con gran satisfacción mis estudios. A mis hijos Fabián y Javiera quienes son la razón por la cual día a día me esfuerzo por salir adelante y hacer de ellos unas buenas personas. Los tres son quienes llenan de amor mi corazón cada minuto de esta vida”. Los amo mis tesoros. iii AGRADECIMIENTOS Quiero agradecer a todos quienes hicieron posible la realización de este trabajo de titulación, el cual ha sido un gran aporte para seguir creciendo en el desarrollo profesional de mi carrera. Particularmente, quiero agradecer a Andrés Avendaño, Director de Ingeniería del Proyecto Nuevo Nivel Mina, por brindarme su apoyo para lograr terminar mi trabajo de título en este importante proyecto de la Vicepresidencia de Proyectos de Codelco, formando parte de un equipo de profesionales del más alto nivel en minería subterránea del cual me siento muy orgulloso de pertenecer. Agradecimiento especial a un profesional excelente, quien ha sido un pilar importante para el logro de este trabajo, Andrés Arias, Asesor de Ingeniería en materias de Modelos de Simulación y a quien agradezco por dirigir y orientar mi trabajo, por su tiempo y dedicación en entregar sus amplios conocimientos técnicos que contribuyeron en la materialización de este importante estudio. Quiero agradecer también a mi profesor guía Sr. Raúl Castro, por su colaboración y formación profesional en este Post Grado, que por mucho tiempo ha sido un valioso aporte para el Departamento de Ingeniería en Minas de esta casa de Estudios. A mis amigos Rodrigo, Boris y Felipe, no olvidaré todos los momentos compartidos, un afectuoso agradecimiento por su incondicional amistad. A Cecilia junto a su familia, que por mucho tiempo se preocupó por cuidar mejor que nadie mis tesoros más preciado que un padre puede tener, muchas gracias. iv DECLARACIÓN DE ORIGINALIDAD Los contenidos indicados en esta tesis de magíster, corresponden a material original, generado por mi persona durante mi permanencia en el Proyecto Nuevo Nivel Mina. iv TABLA DE CONTENIDO Capítulo I: Introducción........................................................................................................ 1 1.1. Generalidades......................................................................................................... 1 1.2. Objetivos.................................................................................................................. 2 1.2.1. Objetivo General................................................................................................ 2 1.2.2. Objetivos Específicos......................................................................................... 2 1.3. Motivos que Originan el Estudio....................................................................... 2 1.4. Alcances.................................................................................................................... 3 1.5 Resumen de Contenidos........................................................................................ 4 1.5.1. Resumen Capítulo I…………………….................................................................... 4 1.5.2. Resumen Capítulo II.......................................................................................... 4 1.5.3. Resumen Capítulo III........................................................................................ 4 1.5.4. Resumen Capítulo IV......................................................................................... 4 1.5.5. Resumen Capítulo V.......................................................................................... 4 1.5.6. Resumen Capítulo VI......................................................................................... 5 1.5.7 Resumen Capítulo VII........................................................................................ 5Capítulo II: ANTECEDENTES Y ANÁLISIS BIBLIOGRAFICO.……............................. 6 2.1. Introducción……………............................................................................................ 6 2.2. Generalidades……..…............................................................................................. 6 2.2.1. Ubicación y Accesos........................................................................................... 6 2.2.2. Ubicación Respecto de Sectores de División el Teniente….............................. 7 2.2.3. Geología Proyecto Nuevo Nivel Mina…............................................................ 8 2.2.3.1. Generalidades………………………………………........................................... 8 2.2.3.2. Unidades Litológicas..…………………………………………………..…............. 9 2.2.3.3. Dominios Estructurales………………………….......................................... 10 2.2.3.4. Granulometría……………..…………………….............................................. 11 2.2.3.5. Reservas………………….….………………….................................................. 13 2.2.4. Minería………………………………………................................................................. 14 2.2.4.1. Diseño Minero.……………………………………............................................ 14 2.2.4.2. Descripción de Niveles…………………………............................................ 20 2.2.4.3. Planificación Minera…………………………............................................... 22 2.3. Bibliografía…………………………………...................................................................... 24 2.4. Análisis Bibliográfico………………………………………………………………..………..…... 25 2.5. Conclusiones………………..…………………………………………………………..……..……... 27 Capítulo III: Metodología Modelo de Simulación………................................................. 29 3.1. Metodología…………………………............................................................................... 29 v 3.1.1. Recopilación y Análisis de Información……………………………………..…..……….. 3.1.1.1. Recopilación Selección y análisis..……………..……………………….…………. 30 30 3.1.1.2. Visitas Programadas………………….......................................................... 31 3.1.2. Estadística de los Datos Recopilados………....................................................... 31 3.1.2.1. Datos Estadísticos para Confiabilidad del Modelo................................ 31 3.1.2.2. Información de Terreno e Histórica………………..................................... 32 3.1.3. Generar Logística de Operación……….……........................................................ 32 3.1.3.1. Lógica de Operación………………………………............................................ 32 3.1.4. Formulación y Construcción del Modelo Computacional................................ 32 3.1.4.1. Configuración………………………………………............................................. 32 3.1.4.2. Programación…..…………………………………............................................. 32 3.1.5. Verificación y Validación del Modelo Computacional...................................... 33 3.1.5.1. Verificación…………………………………………............................................. 33 3.1.5.2. Validación...……………..…………………………............................................. 33 3.1.6. Proceso de Simulación del Modelo Computacional.......................................... 33 3.1.7. Análisis de los Resultados................................................................................. 34 3.1.8. Conclusiones y Recomendaciones..................................................................... 34 Capítulo IV: Datos de Entrada para Simulación……...................................................... 35 4.1. Datos de Entrada………….………............................................................................. 35 4.1.1. Plan de Producción 1° Quinquenio……….…....................................................... 35 4.1.2. Sobre Tamaño en Zanjas………………….….......................................................... 36 4.1.3. Parámetros Equipos LHD………………….…........................................................ 38 4.1.4. Horas Operativas Equipos LHD………………….………......................................... 42 4.1.5. Reducción Sobre Tamaño en Parrilla….………….………...................................... 45 4.1.6. Asignación de Variables….…………………..…….……….......................................... 46 Capítulo V: Modelo Computacional…………..………............................................................ 47 5.1. Introducción………….…….………............................................................................... 47 5.2. Configuración……….…….…….….............................................................................. 47 5.2.1. Localizaciones……….…....................................................................................... 48 5.2.2. Entidades……….…….…....................................................................................... 48 5.2.3. Path Networks Vías……..................................................................................... 48 5.2.4. Recursos…………………....................................................................................... 48 5.2.5. Arribos……………………....................................................................................... 48 5.3. Programación…….….…….…….…............................................................................. 48 5.3.1. Ejecución 1° Bloque…….…................................................................................. 49 5.3.2. Ejecución 2° Bloque…….…................................................................................ 53 5.3.3. Ejecución 3° Bloque…….…................................................................................ 56 vi 5.4. Calibración del Modelo.…….….…......................................................................... 62 Capítulo VI: Resultados de Simulación………………........................................................... 64 6.1. Escenarios Simulados……………........................................................................... 64 6.1.1. Escenario 1: Operación Estándar....................................................................... 65 6.1.1.1. Resultados Utilización Calles de Producción...……………..………….….…. 66 6.1.1.2. Resultados Equipos LHD……………………….……………..……………….……. 68 6.1.1.3. Opciones de Mitigación…..…………………….….…………..……………….……. 68 6.1.1.4. Resultados Opciones de Mitigación…..…………………….……………………. 68 6.1.2. Escenario 2: Sensibilidad de Tiempo Reducción Secundaria…........................ 71 6.1.3. Escenario 3: Sensibilidad de Aumento Frecuencia Sobre Parrilla................... 74 6.1.4. Escenario 4: Sensibilidad de Disminución de Velocidad…………..................... 77 6.1.5. Escenario 5: Sensibilidad de Aumento Frecuencia de Colgadura.................... 80 6.1.6. Escenario 6: Aumento Interferencias Operacionales………………………............ 82 6.1.7. Variabilidad de los Escenarios……………………………..………………….….............. 85 6.2. Resumen……………………….……................................................................................ 86 6.3. Conclusiones.……………….……................................................................................ 88 6.3.1. Escenario Base…………………………..................................................................... 88 6.3.2. Escenario Aumento Tiempo Reducción Secundaria………………………........... 88 6.3.3. Escenario Aumento Frecuencia de Material Sobre Tamaño en Parrilla.......... 88 6.3.4. Escenario Disminución Velocidad Media Equipo LHD................................... 89 6.3.5. Escenario Aumento Frecuencia de Colgaduras................................................ 89 6.3.6. Escenario Aumento Interferencias Operacionales……….................................. 89 Capítulo VII: Conclusionesy Recomendaciones............................................................ 90 7.1. Conclusiones……………............................................................................................ 90 7.2. Recomendaciones……............................................................................................ 90 Capítulo VIII: Bibliografía..………………………....................................................................... 92 vii ANEXOS Anexo A: Plan Minero 1° Quinquenio Proyecto Nuevo Nivel Mina Anexo B: Registros Mina Pipa Norte – Tiempos y Velocidades LHD 13 yd3 Anexo C: Registros Libro de Novedades Mina Pipa Norte - Interferencias LHD 13yd3 Anexo D: Datos de Entrada – Asignación de Variables Anexo E: Información para Calibración del Modelo Mina Esmeralda Anexo F: Memoria de Cálculo viii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1: Reservas Estimadas para el Proyecto Nuevo Nivel Mina…........................................................................... Tabla 2.2: Cuadro Resumen Análisis Bibliográfico………..…………................................................................................ 13 25 Tabla 4.1: Frecuencia de Aparición de Colpas ………..…....……………......................................................................... 37 Tabla 4.2: Parámetros Sobre Tamaño en Piso. ……….…....………………........................................................................ 37 Tabla 4.3: Parámetros Sobre tamaño en Altura …………....………………........................................................................ 37 Tabla 4.4: Parámetros Equipos LHD …………....………………......................................................................................... 38 Tabla 4.5:Test de Chi Cuadrado para Tiempo de Carga…...………………....................................................................... 39 Tabla 4.6: Parámetros de Ajuste Distribución de Tiempo de Carga LHD…............................................................... 40 Tabla 4.7: Test de Chi Cuadrado para Tiempo de Descarga …………....……….............................................................. 41 Tabla 4.8: Parámetros de Ajuste Distribución de Tiempo de Descarga LHD…………….…………................................ 41 Tabla 4.9: Eventos Operacionales en Pipa Norte …………....………………...................................................................... 42 Tabla 4.10: Extrapolación Eventos Operacionales Pipa Norte a PNNM…………........................................................ 44 Tabla 4.11: Eventos Operacionales Proyectados a PNNM …………....………................................................................. 45 Tabla 4.12: Rangos de Material Sobre Tamaño en Parrilla 50”….………...................................................................... 46 Tabla 5.1: Elementos de Promodel ………………………....………………............................................................................. 47 Tabla 5.2:Matriz Datos ………………………….…………....………………................................................................................ 51 Tabla 5.3:Matriz Programa…………………….……..……....……………….............................................................................. 51 Tabla 5.4:Matriz Calle…………………..……...............………………..................................................................................... 52 Tabla 5.5:Calibración Modelo…………………..……....……………….................................................................................... 63 Tabla 6.1: Plan de Extracción por Frente ….………………………….................................................................................. 65 Tabla 6.2: Equipos LHD por Frente ……………………..……………..……....………………..................................................... 65 Tabla 6.3 : Parámetros Escenario Base ………………………………………………......………….……………............................... 66 Tabla 6.4: Resumen Resultados Caso Base ………………………………….……................................................................... 66 Tabla 6.5: Resultados Caso Base por Calle ………………….……….................................................................................. 66 Tabla 6.6: Resultados Equipos LHD …………………………..……....…............................................................................... 68 Tabla 6.7:Resultados Resumidos Sensibilidad Caso Case ……………...…………............................................................ 69 Tabla 6.8: Resultados por Calle Sensibilidad Caso Base…………..…............................................................................. 69 Tabla 6.9: Resultados Equipos LHD Caso 12 Equipos……………..…............................................................................. 70 Tabla 6.10: Resultados Equipos LHD Caso Sobrextracción……..…............................................................................. 71 Tabla 6.11: Resultados Resumidos Sensibilidad Tiempo Reducción Secundaria....................................................... 72 Tabla 6.12: Resultados por Calle Sensibilidad Tiempo Reducción Secundaria.......................................................... 72 Tabla 6.13: Resultados Equipos LHD Caso +20% Tiempo Reducción Secundaria.................................................... 73 ix Tabla 6.14: Resultados Equipos LHD Caso +40% Tiempo Reducción Secundaria.................................................... 74 Tabla 6.15: Granulometría de Material Sobre Tamaño en Parrilla ..…........................................................................ 75 Tabla 6.16: Resumen Resultados Escenario Aumento Material en Parrilla…….......................................................... 75 Tabla 6.17: Resultados por Calle Escenario Aumento Material en Parrilla................................................................. 75 Tabla 6.18: Resultados Equipos LHD Escenario Aumento Material en Parrilla......................................................... 77 Tabla 6.19: Resumen Resultados Equipos Escenario Disminución Velocidad Equipos LHD.................................... 77 Tabla 6.20: Resultados por Calle Caso Velocidad Media LHD 4,5 K/h………………………........................................... 77 Tabla 6.21: Resultados Equipos LHD Escenario Disminución de Velocidad Equipos LHD…................................... 79 Tabla 6.22: Rendimiento Equipo LHD para Velocidades de 6,6 kph y 4,5 kph………………........................................ 80 Tabla 6.23: Frecuencia de Colgaduras Escenarios………………………………………………................................................. 80 Tabla 6.24: Resumen Resultados Escenario Aumento de Colgaduras………………………….......................................... 80 Tabla 6.25: Resultados por Calle Escenario Aumento de Colgaduras…………………………........................................... 81 Tabla 6.26: Resultados por Calle Escenario Aumento de Colgaduras…………………………........................................... 81 Tabla 6.27: Escenario Aumento Interferencias Operacionales……………………………………………………………..….…….. 83 Tabla 6.28: Resumen Resultados Aumento de Interferencias …………….………………………………................................ 83 Tabla 6.29: Resultados por Calle Escenario Aumento de Interferencias….……………..……......................................... 83 Tabla 6.30: Resultados Equipos LHD Escenario Aumento de Interferencias…………………………….………….…..…….. 84 Tabla 6.31: Resultados de Variabilidad……….……………………………………………………………………………………...……….. 86 Tabla 6.32: Producción Escenarios Simulados……………………………………………………………………………….………..….. 87 x INDICE DE FIGURAS Figura 2.1: Localización Geográfica del Proyecto Nuevo Nivel Mina…....................................................................... 7 Figura 2.2: Proyecto Nuevo Nivel Mina Respecto de los Actuales Sectores de División El Teniente........................ 8 Figura 2.3: Unidades Litológicas…………………..……………………..................................................................................10 Figura 2.4: Dominios Estructurales Proyectados a cota 1880…………........................................................................ 11 Figura 2.5: Curva de Fragmentación PNNM –Zona 1 Unidad CMET…..................................................................... 12 Figura 2.6: Zonificación Fragmentación PNNM Cota 1880……………………………………………………………….……….…. 12 Figura 2.7: Ubicación de Paneles PNNM Sección A………………….............................................................................. 15 Figura 2.8: Sección A Perfil Esquemático PNNM……..………………............................................................................. 15 Figura 2.9: Puntos Inicio Caving…………………………………………................................................................................. 17 Figura 2.10: Método de Explotación Panel Caving Hundimiento Avanzado........................................................... 18 Figura 2.11: Método de Socavación Crinkle Cut…….…………………............................................................................. 19 Figura 2.12: Malla de Extracción Tipo Teniente 16 x 20 m……………......................................................................... 19 Figura 2.13: Nivel de Hundimiento PNNM.………………………………............................................................................ 20 Figura 2.14: Nivel de Producción PNNM…………………………………............................................................................ 21 Figura 2.15: Sub Nivel de Ventilación PNNM……………………………............................................................................ 22 Figura 2.16: Nivel de Transporte Intermedio PNNM……………………......................................................................... 22 Figura 2.17: Secuencia de Explotación ……….…………………………............................................................................... 23 Figura 2.18: Plan Minero por Sector………..……………………………............................................................................... 24 Figura 3.1:Metodología Caso Estudio.…………………………………................................................................................. 29 Figura 4.1: Área activa 5to año de Etapa de Producción.……………............................................................................. 36 Figura 4.2 : Plan de Producción 1° Quinquenio ……………………................................................................................. 36 Figura 4.3: Distribución Tiempo de Carga…............................................................................................................. 40 Figura 4.4: Tiempo de Descarga.……..……………………….………................................................................................... 42 Figura 5.1: Diagrama General………………………………………………………………………………..…………….......................... 49 Figura 5.2:Subrutina Leer_Datos ()……………………………………………………………………............................................. 50 Figura 5.3:Código Subrutina Iniciar()…………………………………………………………………............................................. 54 Figura 5.4:Código Subrutina Cargar ()……………………………………………………………….............................................. 55 Figura 5.5:Código Subrutina Verificar Colgadura()…...…………………………………..................................................... 56 Figura 5.6:Código Subrutina Descargar()…….…………………………………………........................................................... 56 Figura 5.7:Código Subrutina Buscar Punto()….…………………………………………......................................................... 59 Figura 5.8:Código Subrutina Picado()….……………………………………………………........................................................ 60 Figura 5.9: Código Subrutina Reducción Secundaria ()…………………………………………............................................ 61 Figura 5.10: Código Subrutina Reinicio ()………………………………………….……………................................................. 61 xi Figura 5.11:Baldadas Extraídas por Zanjas…………………………….................................................................................. 62 Figura 6.1: Utilización de Calles Caso Base…............................................................................................................... 67 Figura 6.2: Utilización Calles – Casos Sensibilidad Caso Base………........................................................................... 70 Figura 6.3: Utilización Calles – Casos Reducción Secundaria…………......................................................................... 73 Figura 6.4: Utilización Calles – Escenario Base y Escenario 3…………......................................................................... 76 Figura 6.5: Utilización Calles – Casos Velocidad LHD 6,6 kph y 4,5 kph................................................................... 79 Figura 6.6: Utilización Calles – Escenario Base y Escenario Aumento de Colgaduras............................................... 82 Figura 6.7: Utilización Calles – Escenario Base y Escenario Aumento de Interferencias........................................... 85 Figura 6.8: Gráfica de Variabilidad de Escenarios Simulados…..………………………….................................................. 86 Figura 6.9: Producción Escenarios Simulados……………….…..…………………………........................................................ 87 1 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1. GENERALIDADES Codelco Chile actualmente ha impulsado el desarrollo de una cartera de proyectos para permitir la continuidad de las operaciones a partir del año 2017 en División El Teniente, siendo el de mayor relevancia el Proyecto Nuevo Nivel Mina, el cual se espera alcance una producción en régimen de 137 ktpd y 56 ktpd para fines del primer quinquenio de operación. Dentro de las operaciones críticas que tiene como desafío el Proyecto Nuevo Nivel Mina, destaca la extracción de mineral, proceso que involucra una serie de factores que requieren de un constante estudio el cual se optimiza en el tiempo con la evolución de la tecnología asociada al proceso junto con el incremento de la cantidad y calidad de la información, además de los recursos dirigidos a innovación e investigación. Dado el alto grado de complejidad asociado al manejo de mineral en el nivel de producción en el cual intervienen diversos parámetros y variables, es necesario optimizar los rendimientos asociados a la productividad y además incrementar la eficiencia en los ciclos productivos para lograr las metas productivas que garanticen la rentabilidad del negocio minero. En este contexto, en este estudio se realiza el análisis del sistema de extracción de mineral para el Proyecto Nuevo Nivel Mina, específicamente para el término del primer quinquenio de operación (Diciembre del año 2021, período en el cual se requiere producir 56.008 t/d). Dado que las herramientas analíticas se encuentran limitadas por la interacción de las diversas variables que intervienen en el proceso, se desarrolla un modelo computacional mediante el software Promodel que permitirá simular la lógica de operación y las variables que intervienen en el sistema, con la finalidad de determinar la capacidad de producción y flota de equipos para cumplir el plan minero. Para el análisis se considera como información base el diseño minero del nivel de producción con calles orientadas en dirección N25°W con intersección cruzados zanjas ubicadas en 60° con respecto a la calle, dimensiones de la malla de extracción 16x20 m, puntos de vaciados distanciados cada 120 m, plan de producción para el primer quinquenio de operación, equipos LHD automatizados con capacidad de 10 yd3 , parrilla de 50” y la ubicación delárea activa de los sectores productivos para el primer quinquenio. Los principales supuestos del estudio son que existe capacidad de extracción en el nivel de transporte intermedio, por lo que no se incorporan detenciones en el nivel de producción por pique lleno, la granulometría se ajusta al modelo predictivo, el sistema opera en forma semiautomática sin operador a bordo realizando la operación de carguío en forma remota y finalmente cada frente o sector tiene una flota de LHD cautiva. 2 Bajo estas consideraciones se procede a desarrollar un modelo computacional con el software de simulación Promodel que permita simular la operación dinámica de los equipos de la mina, determinando flotas de equipos, parámetros de rendimientos y utilización de equipos. 1.2. OBJETIVOS 1.2.1. Objetivo General El objetivo general de este proyecto es estudiar la productividad de sistema de mineral del proyecto Nuevo Nivel Mina División El Teniente utilizando simulación de eventos discretos. 1.2.2. Objetivos Específicos Generar modelo computacional para simular lógica de operación y variables que intervienen en el proceso de extracción. Realizar análisis de sensibilidad de variables críticas que pueden intervenir en la toma de decisiones. Generar un anexo con la configuración y programación del caso estudio en promodel con la finalidad que sea una herramienta de apoyo para profesionales que requieran utilizar el software, describiendo y analizando el paso a paso de los procesos. 1.3. MOTIVOS QUE ORIGINAN EL ESTUDIO El estudio surge de la necesidad de asegurar el cumplimiento de las metas productivas, bajo esta consideración el proceso del sistema de extracción de mineral es un proceso crítico, que requiere un estudio acabado del manejo de mineral en el nivel de producción con la finalidad de responder las siguientes interrogantes: ¿El sistema de extracción de mineral cumple con el plan minero en el primer quinquenio de operación?. Con la información recopilada como datos de entrada, ¿se cumplen las metas de producción?. ¿Cuál es la flota de equipos requeridos para alcanzar una producción de 56.008 t/d?. ¿Cuáles son las variables más sensibles que pueden impactar negativamente en la operación?. Finalmente, el estudio debe dar respuesta a dichas interrogantes con el fin lograr las metas de producción y además permita conocer los distintos escenarios de extracción, sujeto a las distintas variables involucradas en el sistema tal que permitan asegurar el éxito del negocio minero. 3 1.4. ALCANCES El estudio corresponde a un análisis de detalles para el sistema de extracción y manejo de mineral en el nivel de producción (Diciembre del año 2021, período en el cual se requiere producir 56.008 t/d), para ello en términos generales el alcance se encuentra definido sobre la base del análisis de los siguientes aspectos: Modelo de simulación para determinar la capacidad de extracción y manejo de mineral en el nivel de producción. El proceso minero comprende carga de mineral en los puntos de extracción, transporte y descarga en los puntos de vaciado, considerando todas las variables que intervienen en la operación. El estudio incorporará la operación de reducción secundaria en zanjas y parrilla reductora. Período de simulación comprende el término del primer quinquenio de operación del proyecto. Generar un anexo de apoyo para configurar y programar en software Promodel. La restricción principal, se encuentra acotado en el análisis del sistema de extracción para el manejo de mineral en el nivel de producción para fin del primer quinquenio de operación del proyecto, el cual comprende el carguío en el punto de extracción (proceso realizado por operador telecomando a distancia), transporte de mineral hacia el punto de vaciado (punto de vaciado equipado con parrilla reductora de 50”) con equipos LHD automatizados con capacidad de 10 yd3 telecomandados en cuatro sectores productivos o paneles del proyecto. La información base con la cual consta el estudio comprende lo siguiente: Plan de Minero para el primer quinquenio de operación del proyecto. Área activa, macrosecuencia de incorporación de área y reservas mineras entregada por el área de planificación del proyecto. Área activa restringida a cuatro (4) sectores productivos: Panel Andes Central, Panel Andes Sur Hw, Panel Andes Sur Fw y Panel Pacífico. Layout y parámetros de diseño minero para el nivel de producción (malla de extracción y distancia entre puntos de vaciado) entregados por el área de diseño minero del proyecto. Debido a que la mina no está operativa, limita la calibración del modelo, sin embargo, se realiza sobre la base de lo indicado en el capítulo V. 4 1.5. RESUMEN DE CONTENIDOS 1.5.1. Resumen Capítulo I: Introducción En este capítulo, se indica la introducción del estudio referido a la problemática y necesidad de realizar una simulación del sistema LHD automatizado mediante eventos discretos para el Proyecto Nuevo Nivel Mina, además se indican los objetivos, definición del alcance, restricciones y metodología de trabajo a seguir mediante un programa de actividades. 1.5.2. Resumen Capitulo II: Antecedentes Generales y Análisis Bibliográficos En este capítulo, se proporcionan antecedentes referidos a emplazamiento del proyecto, información de las unidades litológicas, dominios estructurales y granulometría, además de la información minera relacionada con el diseño y planificación. Seguido de dichos antecedentes generales, se realiza un análisis bibliográfico de estudios similares a nivel mundial, bajo una perspectiva crítica que permitan deducir la necesidad de contar con un enfoque general para la estimación de la capacidad productiva. 1.5.3. Resumen Capítulo III: Metodología Modelo de Simulación En este capítulo, se describe una secuencia lógica de los pasos a seguir para elaborar la metodología del estudio, el cual comprende desde la recopilación y análisis de la información, definición de objetivos, estadística de los datos recopilados, para luego proceder con la configuración y validación del modelo, a partir del cual se proceden con los análisis de resultados que permitirán obtener las conclusiones bajo argumentos y soportes técnicos. 1.5.4. Resumen Capítulo IV: Datos de Entrada para Simulación En este capítulo, se definen los datos de entrada que ingresan en el modelo de simulación referida principalmente al plan de producción, sobre tamaño en zanjas, parámetros y horas operativas de los equipos LHD y reducción de sobre tamaño en parrilla, con el fin de proceder posteriormente con la configuración/ programación de modelo computacional que permitirá posteriormente capturar y procesar los resultados. 1.5.5. Resumen Capítulo V : Modelo Computacional En este capítulo, se presenta una secuencia de pasos lógicos incorporando las interferencias, disponibilidad de equipos y todas las variables que intervienen en el proceso de extracción. Luego con la definición de los datos de entrada indicados en el punto anterior, variables y lógica de operación, se procede con la configuración y posterior programación del modelo. 5 1.5.6. Resumen Capítulo VI : Resultados de Simulación En este capítulo, se realiza un análisis de los resultados obtenidos a partir del modelo computacional, específicamente para el término del primer quinquenio de operación, con el fin de estimar la flota de equipos y capacidad productiva, sin embargo, también se realiza una sensibilidad de las variables críticas que pueden intervenir en la toma de decisiones, tales como: tiempo de reducción de material de sobre tamaño en zanja, Tiempo de reducción de material sobre tamaño en parrilla, velocidad de equipo LHD, frecuencia de colgadura e interferencias operacionales. 1.5.7. Resumen Capítulo VII : Conclusiones y RecomendacionesEn este capítulo, se cumple el propósito específicamente para el término del primer quinquenio de operación (Diciembre del año 2021, período en el cual se requiere producir 56.008 t/d), con el fin de estimar la flota de equipos y la capacidad productiva. Respecto a la flota de equipos LHD, esto corresponde a 11 unidades cumpliendo la capacidad productiva considerando 1% de sobre extracción, siendo el caso que cumple con la meta global de producción, el cual corresponde al escenario base con sobre extracción indicada anteriormente. En las recomendaciones se dan ideas de nuevos estudios destinados a calibrar / validar los resultados esperados con el sistema tele-comandado a automatizado. 6 CAPÍTULO II ANTECEDENTES Y ANÁLISIS BIBLIOGRÁFICO Con respecto a los antecedentes generales del Proyecto Nuevo Nivel Mina, se entrega información desarrollada por el autor de este caso estudio en el documento denominado estudio técnico económico de alternativas de diseño minero para el sistema de traspaso de mineral Proyecto Nuevo Nivel Mina División el Teniente, actualizando la información obtenida a la fecha para aquellos ítems donde aplique actualización [8]. 2.1 INTRODUCCIÓN Diversos han sido los escenarios de negocios productivos que ha estado explorando la División El Teniente, dirigidos principalmente en desarrollar proyectos que permitan aumentar la capacidad de producción. Dentro de este contexto, surge el Proyecto Nuevo Nivel Mina con nuevas reservas ubicado bajo el Nivel de Transporte Principal de FFCC Teniente 8 de la mina actual, proyecto que permitirá sustentar la capacidad productiva a partir del año 2017, con un tratamiento en régimen diario de mineral para el plan minero en estudio de 137.000 t/d. Actualmente el proyecto se encuentra en etapa de ingeniería de detalles, con obras terminadas como lo es la plataforma en superficie Sector Confluencia, a partir de donde se inicia el desarrollo de dos túneles principales, uno destinado para el transporte de personal y el otro para el transporte principal de mineral desde interior mina a superficie. Paralelamente se encuentra terminada la Rampa Salida de Emergencia que proporciona la primera vía para acceder a los distintos niveles. Esta labor comunica los niveles productivos del proyecto con el actual Nivel Teniente 7. Particularmente, dentro de los parámetros más importantes considerados en los criterios de planificación minera son el ancho y desacople de frentes de explotación, considerando anchos de frentes no mayores a 300 m en el sector Pacífico. En el sector Andes, se definen tres frentes desacoplados, dos de 150 m de ancho cada uno, y otro de 180 m. Para que exista desacople, el frente retrasado avanza una vez que el adelantado esté agotado, además en el rango de velocidad de extracción sin conexión a cráter, se debe llevar un ángulo de extracción entre 30° y 45°, lo que conlleva la incorporación de 40 a 60 m lineales por frente. 2.2 GENERALIDADES 2.2.1 Ubicación y Accesos El Proyecto Nuevo Nivel Mina es parte de la cartera de proyectos más importante que maneja actualmente la División El Teniente, es uno de los complejos minero- metalúrgico de la Corporación Nacional del Cobre de Chile, localizado en la Región del 7 Libertador General Bernardo O´Higgins, provincia del Cachapoal aproximadamente 45 km al noreste de la capital regional. Como referencia se puede considerar que el centro del yacimiento El Teniente corresponde a las coordenadas geográficas: 70º21´ de longitud Oeste y 34º14´ de latitud Sur; con una altura promedio de 2.400 msnm y para el caso del proyecto la cota promedio en la cual estará emplazado el nivel de hundimiento es 1.880 msnm [9]. El acceso a las distintas instalaciones industriales del yacimiento se realiza desde Rancagua, por la carretera de alta montaña “Carretera del Cobre Presidente Eduardo Frei Montalva”. La ubicación, accesos y emplazamiento del Proyecto Nuevo Nivel Mina se muestran en la Figura 2.1, destacando la mineralización en torno a la Pipa Braden. Figura 2.1: Localización Geográfica del Proyecto Nuevo Nivel Mina - División El Teniente. 2.2.2 Ubicación Respecto de los Actuales Sectores de la División El Teniente El Proyecto estará emplazado en mineral primario en cota 1.880 m y extraerá todas aquellas reservas ubicadas bajo los Niveles Teniente 6, en los sectores de Esmeralda, Diablo Regimiento, Pipa Norte, Quebrada Teniente y Teniente Sub 6, en el sector Reservas Norte. En un futuro próximo el Proyecto Nuevo Nivel Mina aportará la totalidad de la producción del yacimiento, ubicado bajo los actuales sectores productivos de la Mina El Teniente, aproximadamente 100 m por debajo del Nivel de Transporte Principal Teniente 8. La Figura 2.2 muestra la ubicación del Proyecto Nuevo Nivel Mina respecto de los actuales sectores de la División El Teniente. 8 Figura 2.2: Proyecto Nuevo Nivel Mina Respecto de los Actuales Sectores de la División El Teniente. 2.2.3 GEOLOGÍA PROYECTO NUEVO NIVEL MINA 2.2.3.1 Generalidades La fase de exploración y reconocimiento geológico para el Proyecto Nuevo Nivel Mina se ha efectuado en dos etapas, de tres años cada una. La primera, denominada “Reconocimiento Geológico Proyecto Panel Teniente 8”, desarrollada entre Julio del 2001 y Junio del 2004. La segunda etapa, “Caracterización Geológica y de Reservas del Proyecto Nuevo Nivel Mina”, se inició en Julio del 2004 y finalizó en Julio del 2007 [10]. El objetivo de las actividades de prospección geológica es mejorar la calidad de la información referente a los potenciales recursos y reservas del Sector Norte, mediante la realización de sondajes, que permitan sustentar la entrada en producción del Proyecto Nuevo Nivel Mina. La información geológica es el respaldo para decisiones fundamentales del proyecto, tales como: límite de las reservas, punto de inicio de la producción, método minero y secuenciamiento de la explotación, diseño de las mallas de extracción, recuperación metalúrgica “in situ”, entre otras [10]. Las propiedades geológicas y geometalúrgicas para el proyecto, se extrapolaron de sectores productivos superiores debido a que no se cuenta con vías de acceso a los futuros niveles mineros y, que en sectores, la cantidad de muestras geológicas no es suficiente para ello. En forma paralela, se efectuó una intensa campaña de ensayos geomecánicos, con el fin de obtener la caracterización geotécnica de la roca intacta; además de levantamientos de geología estructural de detalle, en galerías cercanas y sondajes [10]. 9 1 m 1 4 0 m 1 0 0 m Cavidad “El Teniente” Diablo Regimiento Esmeralda Sur Andes Sur Andes Norte Norte Pacífico Reservas Norte Pipa Norte Acceso Princip al Tte. 8 Pipa Topografía Actual Cota 2.120 UCL Esmeralda Cota 2.211 Transporte Tte. 8 Cota 1.980 Nuevo Nivel Mina Cota 1.880 9 1 m 1 4 0 m 1 0 0 m Cavidad “El Teniente” Diablo Regimiento Esmeralda Sur Andes Sur Andes Norte Norte Pacífico Reservas Norte Pipa Norte Acceso Princip al Tte. 8 Pipa Topografía Actual Cavidad “El Teniente” Diablo Regimiento Esmeralda Sur Andes Sur Andes Norte Norte Pacífico Reservas Norte Pipa Norte Acceso Princip al Tte. 8 Pipa Topografía Actual Cota 2.120 UCL Esmeralda Cota 2.211 Transporte Tte. 8 Cota 1.980 Nuevo Nivel Mina Cota 1.880 Cota 2.120 UCL Esmeralda Cota 2.211 Transporte Tte. 8 Cota 1.980 Nuevo Nivel Mina Cota 1.880 9 2.2.3.2 Unidades Litológicas Las unidades litológicas reconocidas en el Proyecto Nuevo Nivel Mina son: Complejo Máfico El Teniente (CMET): El Complejo Máfico corresponde a Microgabros, Diabasas de textura porfídica de grano grueso y Pórfidos Basálticos de textura porfídica gruesa y fina, los que constituyen alrededor del 80 % del volumen del yacimiento. Estas unidades pueden ser reconocidasmacroscópicamente y su diferencia es principalmente textural. La diabasa es porfídica, con fenocristales de plagioclasa (10 a 30 %) de 2 a 5 mm y masa fundamental (20 a 60 %) de plagioclasa de 0,5 a 1 mm. El microgabro, de textura fanerítica fina y equigranular, constituida por cristales de plagioclasa de 0,5 a 1 mm de largo. El Pórfido Basáltico puede exhibir textura porfídica de grano grueso, con fenocristales de plagioclasa (5 a 20 %) de 3 a 4 mm de largo, o porfídica de grano fino, con fenocristales de 1 a 2 mm y masa fundamental afanítica de microlitos de plagioclasa [10]. Pórfidos Félsicos: Agrupa a Pórfido Dacítico, Tonalita, Pórfido Diorítico, Pórfido Diorítico “Blanco”, Pórfido Diorítico “Grueso”, Pórfido Microdiorítico, Pórfido Latítico y Pórfido Andesítico. Estos cuerpos félsicos intruyen al CMET, desarrollando en los contactos cuerpos de brecha ígnea y brechas magmático-hidrotermales de amplia distribución [10]. Complejo de Brechas: Compuesto por Brecha Ígnea de Pórfido Diorítico, Brecha Ígnea de Pórfido Dacítico, Brecha de Biotita, Brecha Hidrotermal de Anhidrita-Turmalina, Complejo de Brechas Braden (Tipos: Braden Sericita, Braden Clorita, Braden Turmalina, Braden Sericita Fina, Braden Sericita Bolones, Braden Turmalina Bloques, entre otras de menor importancia) [10]. La Figura 2.3 resume las principales unidades litológicas que se observan en el Proyecto Nuevo Nivel Mina. 10 Figura 2.3: Unidades Litológicas. 2.2.3.3 Dominios Estructurales Celhay y otros (2005), definen los dominios estructurales presentes en el yacimiento, considerando las estructuras intermedias de relleno blando (cuya dureza en Escala de Mohs es menor a 6) en los sectores productivos cercanos al Proyecto Nuevo Nivel Mina [10]. Con el fin de actualizar y simplificar el modelo entregado por Celhay y otros (2005), el área de Geología y Geotécnia del Proyecto Nuevo Nivel Mina, realiza un trabajo sobre la base de estos resultados. La metodología empleada consiste en generar cuadrantes de 100 x 100 m (un total de 218 cuadrantes), en los que se generan traversas o líneas de muestreo, en 23 direcciones distintas, dadas por las orientaciones que presentan las galerías de la mina. El número total de estructuras analizadas son 21.587, en 2.222 traversas y aproximadamente 100.000 metros lineales de galerías muestreadas. El resultado de este trabajo, simplifica los 36 dominios definidos por Celhay y otros (2005) a 13 dominios estructurales, más el dominio “Complejo de Brechas Braden” [10]. ver Figura 2.4. Además de la reducción en el número de dominios estructurales, se categorizan los límites de éstos en dos tipos: 11 Límites Tipo A: Referidos a límites físicos, es decir, fronteras definidas principalmente por contactos litológicos y por entes estructurales relevantes como son las fallas maestras (Falla “P”, Falla “B” y Falla “N1”) [10]. Límites Tipo B: Corresponden a límites no físicos, los cuales están precisados por la zonificación que considera cambios en la geometría del arreglo estructural. El criterio empleado para fijar este tipo de límite fue la presencia o ausencia de estructuras con predominancias de cluster subhorizontales y subverticales (manteos de 00º - 30º, 30º - 60º y 60º -90º, respectivamente) [10]. La incerteza asociada a los límites de dominios Tipo A, se estima entre 25 y 50 m en la dirección N-S; mientras que en la dirección E-W es mayor y queda definida por los abanicos de los sondajes, los cuales se van espaciando en la medida que se profundizan. Sobre la base de lo anterior, concluyen que el grado de incertidumbre va a ir aumentando desde la cota 2.190 m hasta la 1.700 m. El error estimado para los límites Tipo B, es de 50 m, en las cotas donde se obtuvo la información [10]. Figura 2.4: Dominios Estructurales Proyectados a Cota 1.880 m. 2.2.3.4 Granulometría La distribución de la curva granulométrica permite determinar, para el caso de los martillos picadores en el nivel de producción, el número de colpas por tonelada para un determinado rango y el porcentaje de pasantes. Esto permite a su vez determinar los tiempos de quebrado, peinado y finalmente el tiempo de operación por concepto de 12 reducción de colpas en los puntos de vaciado, variable determinante para estimar el rendimiento de estos equipos, ver Figura 2.5. Con respecto a la zonificación, la etapa de Ingeniería Conceptual define para el proyecto 4 zonas (ver Figura 1.9) donde se observa que la zona 1 (fino) corresponde al Complejo Máfico El Teniente, la cual presenta las mejores condiciones relativas de fragmentación y además, es la de mayor presencia. La Andesita HW (cercana a la Pipa) se encuentra en una zona 2 (medio) y 3 (grueso). La Diorita y Tonalita, esta última en el sector Sur, se encuentran en zona 3 (grueso). La roca con condiciones de granulometría más desfavorables es la Dacita, zona 4 (muy grueso) [11]. Para los cálculos de operación de los martillos se utilizan las curvas de fragmentación de la zona 1, representado en la Figura 2.6 [11]. Fragmentación Primaria 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 300 Tamano Eje Mayor (cm) S o b re ta m a n o ( % ) Zona1Mayor Zona1Menor Figura 2.5: Curva de Fragmentación PNNM – Zona 1: Unidad CMET. Figura 2.6: Zonificación Fragmentación Proyecto Nuevo Nivel Mina Cota 1880. 13 2.2.3.5 Reservas El modelo de bloques ha permitido definir para cada uno de los sectores del Proyecto Nuevo Nivel Mina una cantidad de reservas de 2.021 millones de toneladas de mineral de cobre con ley de 1,05 %. La Tabla 2.1 muestra las reservas estimados en su etapa de Ingeniería Básica. Tabla 2.1: Reservas Estimadas para el Proyecto Nuevo Nivel Mina. Andes Norte Cabeza (HW) 124.654 0.84 0.021 153,756 Andes Norte Central 107,618 0.93 0.028 123,037 Andes Norte Patilla (FW) 90,252 1.10 0.028 111,037 Andes Sur Cabeza (HW) 245,589 0.84 0.024 233,275 Andes Central 22,877 1.19 0.032 26,399 Andes Sur Central 206,918 0.92 0.024 180,316 Andes Sur Patilla (FW) 233,617 2.61 0.046 221,996 Pacífico Norte 246,918 0.84 0.017 312,311 Pacífico Central 244,936 0.81 0.027 242,233 Pacífico Sur Patilla (FW) 266,907 0.78 0.024 233,070 Pacífico Sur Cabeza (HW) 231,136 0.75 0.021 207,994 Total NNM 2,021,422 1.05 0.026 2,045,424 Ley Cu (%) Ley Mo (%) Área (m2)Sectores Kt 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 20 17 20 19 20 21 20 23 20 25 20 27 20 29 20 31 20 33 20 35 20 37 20 39 20 41 20 43 20 45 20 47 20 49 20 51 20 53 20 55 20 57 20 59 20 61 20 63 20 65 20 67 T p d Años Plan Minero Proyecto Nuevo Nivel Mina Andes Norte Cabeza (HW) Andes Norte Central Andes Norte Patilla (FW) Andes Sur Cabeza (HW) Andes Central Andes Sur Central Andes Sur Patilla (FW) Pacífico Norte Pacífico Central Pacífico Sur Patilla (FW) Pacífico Sur Cabeza (HW) 14 2.2.4 MINERÍA 2.2.4.1 Diseño Minero Dado que el manejo de frentes de explotación extensos en la División El Teniente ha manifestado colapsos en los niveles de producción principalmente en el sector centro de éstos, se opta por desacoplar los frentes de socavación, lo que implica generar paneles con el nivel de hundimiento dispuestos a distintas cotas (1.880 msnm y 1.862 msnm), específicamente en el sector Andes del Foot Print, producto que el ancho del área mineralizada se encuentra próximo a los 600 m. Sin embargo, lo que se espera con la disposición de paneles dispuestos a distinta cota es el manejo del frente de socavación con longitud aproximada de 200 m, beneficiando la dinámica de explotación que requiere el método y capacidad constructiva en lo referido a preparación minera. Tener paneles dispuestos a distintas cotas genera singularidadesen el diseño minero, principalmente aumentan los desarrollos verticales correspondientes a piques de traspaso y chimeneas de ventilación, condiciona en cierto grado la posibilidad de incorporar un nivel de reducción y produce incertidumbre con la ubicación de los subniveles de ventilación dada la longitud de las chimeneas de ventilación. No obstante, en base a estudios realizados por el Área de Geomecánica de la Vicepresidencia de Proyectos de Codelco, esta configuración permitiría controlar un frente de socavación menos extenso beneficiando la estabilidad de labores y continuidad operacional. Estos antecedentes son la base y datos de entrada principales para las definiciones de la ubicación de los distintos niveles y posterior diseño de los layout. A partir de esta definición es posible establecer el punto de inicio caving, macrosecuencias de explotación, método de explotación, metodología de socavación entre otros. La Figura 2.7 muestra esquemáticamente un diseño en planta donde es posible apreciar los Paneles Andes Norte Central y Sur Central con Frentes de Socavación Atrasados ubicando el nivel de hundimiento en una cota inferior (1.862 m) 18 m más bajo que el Nivel de Hundimiento del resto de los Paneles. Detalladamente la Figura 2.8 muestra un perfil de la condición descrita. 15 Figura 2.7: Ubicación de Paneles Proyecto Nuevo Nivel Mina – Sección A. Nive l de Hund imien to Co ta 18 80 Nive l de P rodu cció n Co ta 18 44 Nive l de Prod ucci ón C ota 1 862 Panel es Pa cífico Pane les A ndes PANEL CENTRAL ATRASADO Nive l de Hund imien to Co ta 18 80 Nive l de P rodu cció n Co ta 18 44 Nive l de Prod ucci ón C ota 1 862 Panel es Pa cífico Pane les A ndes Nivel de H undi mien to Co ta 18 80 Nive l de P rodu cció n Co ta 18 44 Nive l de Prod ucci ón C ota 1 862 Panel es Pa cífico Pane les A ndes PANEL CENTRAL ATRASADO Figura 2.8: Sección A Perfil Esquemático Proyecto Nuevo Nivel Mina. P acífico N orte Pacífico C entral Pacífico Sur Hw Pacífico Sur Fw A n d es S u r H w A n d es S u r C en tral A n d es S u r F w A n d es N o rte F w A n des N o rte C en tral A n d es N o rte H w Panel Central P acífico N orte Pacífico C entral Pacífico Sur Hw Pacífico Sur Fw A n d es S u r H w A n d es S u r C en tral A n d es S u r F w A n d es N o rte F w A n des N o rte C en tral A n d es N o rte H w Panel Central Paneles Ubicados en Cota Inferior Sección A Sección A P acífico N orte Pacífico C entral Pacífico Sur Hw Pacífico Sur Fw A n d es S u r H w A n d es S u r C en tral A n d es S u r F w A n d es N o rte F w A n des N o rte C en tral A n d es N o rte H w Panel Central P acífico N orte Pacífico C entral Pacífico Sur Hw Pacífico Sur Fw A n d es S u r H w A n d es S u r C en tral A n d es S u r F w A n d es N o rte F w A n des N o rte C en tral A n d es N o rte H w Panel Central Paneles Ubicados en Cota Inferior Sección A Sección A 16 a.- Punto Inicio Caving: Es uno de los hitos más importante para este proyecto, para el cual desde el punto de vista de diseño minero debe considerar una serie de variables y guías geomecánicas para el inicio de caving virgen, tales como: Unidades Geotécnicas: Corresponden a zonas donde el macizo rocoso presenta distinto comportamiento [12]. Al respecto, se indica a igualdad de condiciones, lo siguiente: Hundibilidad: Presentan mejor hundibilidad, aquellos sectores donde el macizo rocoso primario tiene una mayor cantidad de vetillas con rellenos blandos. Fragmentación: Presenta una fragmentación mas fina, aquella zona donde el macizo rocoso primario tiene una mayor cantidad de vetillas con rellenos blandos. Sismicidad Inducida: Las zonas con mayor potencial de sismicidad inducida son aquellas donde el macizo es más masivo o presenta poca vetilla con relleno blando. Altura de Columna Sólida en Roca Primaria: Escoger el sector con menor altura de roca primaria. Debido que a mayor altura de roca la condición de riesgo sísmico del sector aumenta (situación más desfavorable), como también el tiempo de conexión para condición virgen [12]. Condición de Esfuerzos: En roca primaria es más favorable iniciar la explotación desde zonas de menores esfuerzos a zonas de mayores esfuerzos. Es decir, se deberá iniciar la explotación bajo sectores hundidos en altura (bajo sombra). Se deben evitar sectores adyacentes a la Pipa y alta montaña [12]. Condición de Fracturamiento del Macizo Rocoso: Se recomienda emplazar el punto de inicio de caving en un macizo rocoso, que presente mayor cantidad de estructuras con rellenos más blandos, ya que esto facilitará la propagación del caving [12]. En base a un estudio de análisis de “sombra” que es el efecto subsidencia sobre sectores actualmente productivos en la División El Teniente e infraestructura de servicio y aspectos geomecánicos mencionados anteriormente, se definen los puntos de inicio caving virgen, información que permite definir posteriormente las macrosecuencias de explotación. Tres son los puntos de inicio caving definidos para el proyecto: La primera situada bajo la Mina Pilar Norte planificada para el año 2017, con un área aproximada a socavar de 26.400 m2. La segunda situada bajo la Mina Quebrada Teniente planificada para el año 2019, que considera un área aproximada a socavar de 20.470 m2. La tercera situada bajo la Mina Diablo Regimiento planificada para el año 2036, con un área aproximada a socavar de 25.600 m2. b. Macrosecuencias de Explotación: En base a definiciones relacionadas con aspectos de diseño minero, tales como: método de explotación, método de socavación, 17 envolventes económicas, plan minero y recomendaciones geológicas - geomecánicas, se genera una alternativa de explotación mediante tres frentes desacoplados (Panel Central Atrasado). Dicha información base (macrosecuencias), condiciona la disposición y geometría de los niveles de hundimiento a distinta cota y permite además, definir los cruzados destinados para preparación minera en base a distancias permisibles asociadas al frente de socavación, especialmente con la distancia que debe estar por delante del Frente de Hundimiento denominada “Franja de Seguridad”, ver Figura 2.9. Figura 2.9: Puntos Inicio Caving. c. Método de Explotación: Distintos son los parámetros utilizados para definir el método de explotación a utilizar en el Proyecto Nuevo Nivel Mina, entre los cuales destacan: Experiencia en la industria minera. Análisis de constructibilidad frente a otros métodos. Análisis económico. Parámetros tales como: flexibilidad operacional, daños a infraestructura, holgura de construcción, independencia de actividades, control de riesgos entre otros. Definitivamente y en base a los parámetros indicados, el proyecto contempla la aplicación del Panel Caving con Hundimiento Avanzado, el cual permite principalmente flexibilidad constructiva, mayor control de riegos y paralelamente cumple con los planes mineros definidos por el Área de Planificación del Proyecto. 1° BAJADA 2° BAJADA 3° BAJADA 1° BAJADA 2° BAJADA 3° BAJADA 18 La Figura 2.10 muestra esquemáticamente el método de explotación recomendado por el proyecto. Figura 2.10: Método de Explotación Panel Caving Hundimiento Avanzado. d. Método de Socavación (Crinkle Cut). Permite configurar una estructura global para los niveles compuestos por calles y cruzados, estos últimos ubicados a una distancia tal que permita realizar actividades de preparación, descartando labores (conexiones) que generen una configuración rectangular compuestospor pilares. Este método de socavación condiciona la disposición y orientación de las calles del nivel de hundimiento a las calles del nivel de producción, de tal modo, que sean ubicadas dos calles del nivel de hundimiento entre la proyección de dos calles del nivel de producción, todas con la misma orientación pero a distinta cota. Las principales ventajas de este método de socavación son: Corte angosto en el plano vertical con una inclinación de 55º con respecto a la horizontal. Esto favorece la caída por gravedad del material tronado hacia la calle. Corte bajo y horizontal que queda emplazado sobre la futura batea, dándole a esta una gran simpleza. La Figura 2.11 muestra el método de socavación propuesto por el Proyecto Nuevo Nivel Mina. Nivel de Hundimiento Zanja recolectora Producción Sector en Preparación Sector Socavado Frente de extracción Frente de Socavación Nivel de Hundimiento Zanja recolectora Producción Sector en Preparación Sector Socavado Frente de extracción Frente de Socavación 19 Figura 2.11: Método de Socavación Crinkle Cut. e. Malla de Extracción Mediante una evaluación de la recuperación de las reservas mineras, utilizando el modelo numérico Rebop (modelo utilizado para simular el flujo gravitacional de mineral hundido) como herramienta de apoyo al diseño minero, se obtiene que la malla que maximiza el potencial del negocio y además permite una buena estabilidad de labores dada las características técnicas y económicas del proyecto es la malla de extracción Tipo Teniente de 16 x 20 m con un ángulo de sesenta grados entre calle y galería zanja [13]. La Figura 2.12 muestra la disposición de la malla de extracción de 16 x 20 m, es decir de 320 m2 de influencia. Figura 2.12: Malla de Extracción Tipo Teniente 16 x 20 m. f. Manejo de Materiales El manejo de materiales es parte integral del presente estudio, importante de mencionar que el carguío y transporte de mineral en el nivel de producción es una condición de Método de Socavación: Crinkle Cut Batea Crown Pillar Crown Pillar Método de Socavación: Crinkle Cut Batea Crown Pillar Crown Pillar C alles N ivel de H undim iento C alles N ivel de P roducció n C alles N ivel de H undim iento C alles N ivel de P roducción Nivel de Hundimiento Cota 1880 Nivel de Producción Cota 1862Dis tan cia ent re c alle s Niv el d e H und imie nto Orientación Calles: N 25°W C alles N ivel de H undim iento C alles N ivel de P roducció n C alles N ivel de H undim iento C alles N ivel de P roducción Nivel de Hundimiento Cota 1880 Nivel de Producción Cota 1862Dis tan cia ent re c alle s Niv el d e H und imie nto Orientación Calles: N 25°W C alles N ivel de H undim iento C alles N ivel de P roducció n C alles N ivel de H undim iento C alles N ivel de P roducción Nivel de Hundimiento Cota 1880 Nivel de Producción Cota 1862Dis tan cia ent re c alle s Niv el d e H und imie nto Orientación Calles: N 25°W 32.0 60 ° 36.95 11.0 11.0 BAT E A C A LLE 14.95 20.0 Nv. HUND IMIE NTO Nv. PR ODUC C ION BATE A MAL L A 16 * 20 (L HD 10 yd 3 ) P L ANTA IS OME TR IC O 32.0 60 ° 36.95 11.0 11.0 BAT E A C A LLE 14.95 20.0 Nv. HUND IMIE NTO Nv. PR ODUC C ION BATE A MAL L A 16 * 20 (L HD 10 yd 3 ) P L ANTA IS OME TR IC O 8.0 16.0 32.0 16.0 Nv. Hundimiento Nv. P roducción Avance S ocavación B atea C R INK L E C UT IS OMETR IC O E levac ión T rans vers al 2 0 .0 1 6 .8 2 20 borde el cual se realizará con equipos LHD de 10 yd3 con puntos de vaciado dispuestos cada 120 m. Este dato de entrada es fundamental para el diseño minero de la malla de extracción la cual requiere una etapa de operativización para su validación correspondiente. 2.2.4.2 Descripción de Niveles a. Nivel de Hundimiento La geometría definida para los niveles de hundimiento surge a partir del método de explotación (Panel Caving Variante Hundimiento Avanzado) y método de socavación (Crinkle Cut) definida en esta etapa, además de la ubicación del punto de inicio caving, este último determinado mediante un análisis de “sombras” (Efecto subsidencia sobre niveles en producción e infraestructura mina actual) y parámetros geomecánicos, tales como: unidades geotécnicas, altura de roca primaria, campos de esfuerzos y calidad del macizo rocoso. Otro aspecto que incide en la geometría inicial para el diseño del layout es la opción relacionada con la forma, tamaño y desfase del frente de socavación-extracción. Para esta etapa de la ingeniería, la macrosecuencia con la cual se desarrolla el análisis es a partir de tres frentes de explotación desacoplados denominado “Panel Central Atrasado” condición que requiere de dos niveles de producción y hundimiento para los distintos paneles, singularidad que incide en el diseño minero para la ubicación y distancias entre niveles. Los niveles de hundimiento estarán ubicados en cota 1.880 m y 1.862 m (Panel Andes), 18 m sobre el nivel de producción, las calles orientadas con rumbo N25°W y sección excavada de 4,2 m x 4,1 m y cruzados para realizar la preparación minera distanciados cada 160 m orientados N85°W. La Figura 2.13, muestra el layout para el nivel de hundimiento principal cota 1.880 m. Figura 2.13: Nivel de Hundimiento Proyecto Nuevo Nivel Mina. 21 b. Nivel de Producción La infraestructura principal del nivel de producción está conformada por calles de producción interceptadas por estocadas de carguío que permiten a los equipos LHD de 10 yd3 el acceso a los puntos de extracción de las zanjas recolectoras para la extracción de mineral. Complementan las excavaciones antes mencionadas: los puntos de vaciados de mineral a piques de traspaso, donde descargan el material los equipos LHD; frontones de llegada de chimeneas de ventilación, que permiten desde los sub niveles de ventilación la inyección de aire fresco y extracción de aire contaminado; y chimeneas de marinas, para el retiro de las marinas de desarrollo. Adicionalmente, destacan las galerías (cabeceras y cruzados) destinadas al acceso de personal y equipos e infraestructura de servicio con el fin de permitir las actividades de preparación minera y de extracción de mineral. Los niveles de producción estarán ubicados en cota 1.862 m y 1.844 m (Panel Andes), 18 m bajo el nivel de hundimiento, las calles estarán orientadas con rumbo N25°W y sección excavada de 4,4 m x 4,1 m, zanjas de producción orientadas en dirección N85°W, la Figura 2.14 muestra los niveles de producción para el proyecto. Figura 2.14: Nivel de Producción Proyecto Nuevo Nivel Mina. Como antecedente general se tiene la ubicación de los niveles de hundimiento y producción, en cota 1880 y 1862 m. Las Figuras 2.15 y 2.16 muestran esquemáticamente los sub niveles de ventilación y transporte intermedio respectivamente. 22 Figura 2.15: Sub Nivel de Ventilación (Inyección /Extracción) Proyecto Nuevo Nivel Mina. Figura 2.16: Nivel de Transporte Intermedio Proyecto Nuevo Nivel Mina. 2.2.4.3 Planificación Minera a. Secuencia de Explotación La secuencia de explotación se inicia en el año 2017 en el Panel Andes Central ubicado bajo el actual Mina Pilar Norte, luego secuencia avanza hacia el Sur considerando desacople de frentes de socavación, avanzando por los paneles Andes Hw y Andes Fw con una longitud aproximada de 200 m por frente. 23 La segunda bajada inicia el año 2019 incorporando el Panel Pacífico bajo la Mina Quebrada Teniente, avanzando hacia el Oeste y luego hacia el Este para finalmente continuar en dirección Norte Sur. En el año 2027 se incorporan frentes en el Panel Andes Norte y Sur Central. Finalmente, en el año 2036 se incorporará el Panel Pacífico Sur, ubicado bajo el actual sector Diablo – Regimiento. La Figura 2.17 muestra la secuenciade explotación definida para el Proyecto Nuevo Nivel Mina. Figura 2.17: Secuencia de Explotación. b. Plan Minero Las características del plan de producción del Proyecto Nuevo Nivel Mina son las siguientes: Ramp Up : 11 años Duración Régimen de 137 ktpd : 29 años Ramp Down : 12 años Horizonte total : 52 años 24 El aporte de cada panel al Plan Minero global del Proyecto Nuevo Nivel Mina aparece indicado en la Figura 2.18. 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 20 17 20 19 20 21 20 23 20 25 20 27 20 29 20 31 20 33 20 35 20 37 20 39 20 41 20 43 20 45 20 47 20 49 20 51 20 53 20 55 20 57 20 59 20 61 20 63 20 65 20 67 T p d Años Plan Minero Proyecto Nuevo Nivel Mina Andes Norte Cabeza (HW) Andes Norte Central Andes Norte Patilla (FW) Andes Sur Cabeza (HW) Andes Central Andes Sur Central Andes Sur Patilla (FW) Pacífico Norte Pacífico Central Pacífico Sur Patilla (FW) Pacífico Sur Cabeza (HW) Figura 2.18: Plan Minero por Sector del Proyecto Nuevo Nivel Mina. 2.3. BIBLIOGRAFÍA Como principal fuente de información se encuentran las publicaciones realizadas en la conferencia Internacional MassMin, que se realiza cada cuatro años. Se revisaron los documentos presentados en las últimas versiones de la conferencia, seleccionando cinco documentos. Adicionalmente se analiza información en los informes realizados al interior de Codelco, seleccionando dos documentos. El siguiente punto resume los documentos analizados: [1] J. Botha, S. Watson, T. Arkadius, E. Samosir, “Simulation Applications at PT Freeport Indonesia’s DOZ/ESZ block cave mine”, Proceedings of MassMin 2008, Pages 237-246 , Luleå Sweden 9-11 June 2008. [2] Fredy M. Varas, “Automation of mineral extraction and handling”, Consolidado de MassMin 2004, páginas 677-680, Santiago 22-25 de Agosto en 2004. [3] Vic Schweikart, Timo Soikkeli, “Codelco El Teniente – Loading Automation in panel caving using AutoMine”, Consolidado de MassMin 2004, páginas 686-689, Santiago 22-25 de Agosto en 2004. [4] Charles McHugh “Introduction of autonomus loaders to Olympic Dam Operations”, Consolidado de MassMin 2004, páginas 692-695, Santiago 22-25 de Agosto en 2004. [5] Mauricio Barraza, Matt Rohrer, Wiliam Hustrulid, “Aplication of simulation to improved planning at Esmeralda, El Teniente Mine”, Consolidado de MassMin 2004, páginas 686-689, Santiago 22-25 de Agosto en 2004. 25 [6] A. Arias S. “Estudio de Simulación Opciones de Manejo de Mineral Proyecto Pilar S6 Esmeralda”, Codelco División El Teniente, Marzo 2005. [7] J.P. Hurtado C. “Informe de Avance Backanalysis de Fragmentación Sector Reservas Norte (RENO)” T09E205-F1-VCPNNM-02000-INFGO04-2000-004, Codelco Vicepresidencia Corporativa de Proyectos, Gerencia Proyecto Nuevo Nivel Mina, Agoto 2009. [8] P. Fuenzalida O. “Diseños de Explotación en Panel Caving con Trituración Temprana con Sizers”, Tesis para Optar al Grado de Magíster de Minería, Julio 2010. [9] S. Troncoso B. “Simulación del Impacto de Interferencias Operacionales para la Planificación de Producción”, Memoria para Optar al Título de Ingeniero Civil en Minas, Diciembre 2006. 2.4 ANÁLISIS BIBLIOGRÁFICO A partir de la literatura y descripción general realizada a los textos consultados, se presenta una tabla para analizar su aplicabilidad en el proyecto Nuevo Nivel Mina, tal que permita deducir la necesidad de contar con un enfoque general para la estimación de la capacidad productiva en una mina de caving. Al análisis se centra principalmente en nueve textos consultados detalladamente, los que tienen directa relación con el tema en estudio. La Tabla 2.2 muestra el análisis y su aplicabilidad al proyecto NNM. Tabla 2.2: Cuadro Resumen Análisis Bibliográfico y Aplicación a NNM ID Estudio Descripción Resultados Aplicabilidad Proyecto NNM Autor Año 1. J. Botha S. Watson T. Arkadius E. Samosir 2008 “Simulation Applications at PT Freeport Indonesia’s DOZ/ESZ block cave mine”. Con una operación Inicial de 25.000 t/d, se han llevado a cabo diversos estudios dirigidos a un aumento de producción para llegar a 80 kt/d. Los resultados de la simulación en términos de productividad son aceptables con un déficit de producción inferior a 1%. Es posible aplicar el “Enfoque de Sistemas”, que define un conjunto de procesos que interactúan entre sí para lograr estimar la productividad, sin embargo, se debe potenciar la identificación de las interferencias operacionales que afectan directamente el sistema. 2. Fredy M. Varas “Automation of mineral extraction and handling”. El proyecto Pipa Norte ha sido exitoso en incorporar nuevas Es posible generar el modelo de simulación considerando 26 2004 Codelco con directrices en implementar nuevas tecnologías como los equipos LHD semiautomáticos en el proyecto Pipa Norte. tecnologías como lo son los equipos LHD semiautónomos, con ventajas técnicas económicas factibles de continuar incrementando productividad. parámetros de operación de estos equipos semiautónomos y experiencia adquirida. No obstante, es importante capturar datos reales de terreno e interferencias que inciden en la productividad. 3. Vic Schweikart Timo Soikkeli 2004 “Loading Automation in panel caving using Auto Mine”. El objetivo de la División El Teniente de Codelco-Chile es la automatización de los procesos de producción, en este ámbito los proyectos Diablo Regimiento y Pipa Norte. Importante es la eliminación de los operadores a bordo de los equipos a un ambiente controlado y seguro en superficie. Una evaluación económica indica un potencial significativo en ahorro de costos para el funcionamiento automático. Absolutamente aplicable en el proyecto NNM, pero ha de estudiar con mayor información las tasas de extracción y granulometría esperada al iniciar la explotación, dado el grado de interferencia que se podrían generar por la reducción secundaria. 4. Charles McHugh 2004 “Introduction of autonomus loaders to Olympic Dam Operations Australia”. Analiza el desarrollo de un sistema para automatizar equipos LHD. Inicialmente las pruebas con equipos automáticos se encontraban muy por debajo de lo esperado, esto fue mejorando poco a poco, sin embargo, no se lograron mejores resultados que los equipos manuales en términos de productividad. Para la implementación se debe potenciar la gestión de ingeniería, operativa y mantenibilidad, por ello se debe actuar en esa línea para obtener resultados positivos al incorporar esta tecnología, no obstante, requiere una curva de aprendizaje y capturar experiencias previas. 5. M. Barraza M. Rohrer W. Hustrulid 2004 Aplication of simulation to improved planning at Esmeralda, El Teniente Mine. Simulación como la utilización de la disposición de la zona de producción se puede maximizar, oportunidad de fácilmente explorar muchas posibilidades de planificación diferentes en un tiempo muy corto. En términos teóricos es posible aumentar la utilización de área del nivel de producción y disminuir el área abierta manteniendo la misma capacidad de producción. Para su aplicación y lograr maximizar el área de producción se debe maximizar la eficiencia al máximo de los procesos, lo cual existe un alto grado de incertidumbre dado el desconocimiento de las características y comportamiento del macizo, existe un alto riesgo de no cumplir el plan de producción si no son consideradas la frecuencia de eventos 27 de interferencias. 6. A. Arias S. 2005 “Estudio de Simulación Opciones de Manejo de Mineral Proyecto Pilar S6 Esmeralda”. Modelamiento
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