Dominar la optimización de minas a tajo abierto

A estas alturas, la mayoría probablemente esté familiarizada con el concepto de optimización minera, especialmente cuando se trata de seleccionar el contorno final óptimo de un pit para operaciones de minería a cielo abierto. Para quienes consideran que este proceso es opcional, les recomendamos revisar este artículo con mayor atención.

Aquí describiremos la necesidad de este proceso, las consecuencias de ignorarlo, y compartiremos consejos e información valiosa disponibles a través del software K-MINE. Proporcionamos herramientas para ingenieros calificados, ampliamos el conocimiento en múltiples áreas para mejorar la toma de decisiones y ayudamos a hacer el futuro más predecible.

Cualquier empresa que busque aumentar sus ganancias, controlar sus flujos de caja y asegurar su éxito a largo plazo no puede lograrlo sin construir modelos financieros confiables y de largo plazo. Para las empresas mineras, la base de dicha proyección financiera reside en la planificación estratégica: la creación de una evaluación financiera de todo el ciclo de vida de una operación minera. Pero, ¿qué constituye la base de este proceso? Naturalmente, la extracción de material minero a lo largo del desarrollo del yacimiento.

Es fundamental considerar la mayor cantidad de factores posible sin perderse en detalles innecesarios. Un exceso de granularidad puede obstaculizar el proceso de planificación estratégica, especialmente cuando los datos de entrada cambian constantemente.

Entonces, ¿qué se debe considerar exactamente?

1. Inversión inicial para comenzar las operaciones. Esto incluye los gastos de capital para la adquisición (o reactivación) de equipos, contratos con contratistas, desagüe del sitio, construcción de la planta de procesamiento y desarrollo de infraestructura. En esencia, todos los costos iniciales significativos necesarios para poner en marcha las operaciones.
2. Evaluación de costos operativos. Es crucial lograr el equilibrio adecuado aquí: ni sobreestimar ni subestimar los costos. Este suele ser el factor más influyente. Una vez determinados los costos, deben compararse con empresas similares que operen en la región. Estos datos suelen estar disponibles en fuentes públicas.
3. Depreciación y reemplazo de equipos. Para equipos existentes y operaciones donde la Vida de la Mina (VdM) supera los 15 años, es esencial planificar los gastos de depreciación y el posible reemplazo de equipos de alto valor durante la vida útil del proyecto.
4. Impuestos. Las tasas impositivas pueden variar significativamente según el país de operación.
5. Otras consideraciones. En ciertas regiones, deben contemplarse costos adicionales por riesgos como robo, medidas de seguridad y gastos incrementados debido a condiciones operativas adversas, entre otros.

En este artículo, nos centraremos principalmente en el segundo punto: la obtención del contorno final óptimo del pit — cómo identificarlo entre las múltiples posibilidades y diseñarlo de manera efectiva considerando la mayor cantidad de factores influyentes posible. El resultado de esta etapa, como parte de la planificación estratégica, impacta directamente en la rentabilidad global de la empresa, el ciclo de vida del yacimiento, los flujos de caja periódicos y mucho más.

Ahora entremos directamente en el proceso de optimización.

Para comenzar, ¿qué es exactamente? Por ejemplo, supongamos que tenemos un yacimiento.

La primera pregunta antes de iniciar cualquier trabajo es: ¿Qué tan rentable es desarrollarlo? Segunda: ¿Hasta qué profundidad debe explotarse? Tercera: ¿Cuáles serán los volúmenes de producción?

Es una buena señal cuando surgen muchas preguntas como estas, porque constituyen la base para construir una estrategia minera. Los enfoques de optimización de yacimientos están diseñados específicamente para determinar el volumen total de material a extraer durante todos los períodos de producción. Otras consideraciones dependerán en gran medida del tamaño del pit.

Entonces, ¿qué es la optimización?
Desde la perspectiva del software, la optimización se refiere a la identificación del contorno final definitivo del pit basándose en un conjunto de criterios definidos por el usuario. Estos criterios están determinados por la experiencia e intuición del usuario. En general, el proceso de encontrar el pit definitivo implica evaluar cada bloque en un modelo de bloques para decidir si será incluido en el espacio de explotación. Para lograr esto, se han desarrollado diversos enfoques y algoritmos matemáticos, pero el algoritmo de Lerchs-Grossmann es el más utilizado. Esto se debe a que abarca la mayor gama de posibilidades y excluye la menor cantidad de factores, entregando los resultados más precisos.

¿Qué proporciona este algoritmo?
Calcula la rentabilidad de cada bloque, que luego se vincula a través de ángulos resultantes estables. Los bloques que colectivamente generan un resultado positivo se incluyen en el resultado final. El método más común para generar un rango de opciones es utilizar un coeficiente de ajuste de precio para el producto final.

Una demostración simplificada del algoritmo de Lerchs-Grossmann en acción. En el software K-MINE, dentro del módulo Pit Optimizer, se implementa un algoritmo mejorado de Pseudo Flow. Este algoritmo se basa en el método de Lerchs-Grossmann, pero ha sido optimizado y acelerado.

En cuanto a la frecuencia de ejecución de la optimización de yacimientos minerales, se recomienda realizar este proceso al menos una vez al año, con actualizaciones y ajustes de los indicadores económicos y cualquier otro parámetro que haya cambiado.

Adicionalmente, si algún participante clave en el proceso de optimización experimenta cambios significativos, se aconseja una reoptimización inmediata, junto con ajustes oportunos en las operaciones mineras, si las circunstancias lo requieren. No hacerlo podría resultar en un deterioro significativo de la posición económica de la empresa. Este enfoque asegura que se mantenga informado y preparado para los desafíos que plantean los cambios en la oferta y demanda del mercado.

En resumen, ¿qué tenemos?
La planificación estratégica minera es la primera etapa del proceso de planificación. Su objetivo principal es determinar la estrategia óptima de desarrollo del pit. Basándose en los objetivos de la empresa, se deben alcanzar los siguientes resultados:

• Maximización del VAN (Valor Actual Neto)
• Maximización de la vida útil de la mina
• Maximización de las reservas recuperables
• Minimización de las inversiones de capital
• Minimización del período de recuperación de la inversión
• Maximización de la calidad del producto final
• Minimización de los costos del producto final

Por supuesto, lograr un equilibrio entre estos parámetros es esencial.

El resultado principal de la planificación estratégica es un plan de ciclo de vida, que puede presentarse en varias variantes, tales como:
Escenario mínimo, Modo de producción estándar, Escenario de inversión máxima

Sin planificación estratégica, podríamos enfrentar preguntas sin respuesta como:

• ¿Qué sucede si extraemos más o menos?
• ¿Qué pasa si se aumenta o disminuye la eficiencia de la planta de procesamiento?
• ¿Qué pasa si detenemos el desbroce ahora y reducimos su volumen total?
• ¿Qué ocurrirá en 7 (N) años si no comenzamos a trabajar en esta zona hoy?
• ¿Dónde y cuándo es el mejor lugar para posicionar la excavadora?
• ¿Cuánto estéril se requiere para extraer la cantidad necesaria de mineral?
• ¿Qué ley debería considerarse como mínima, y qué mineral con métricas de calidad específicas debería almacenarse en acopio para “mejores tiempos”?
• Y mucho más… En definitiva, ¿qué pasará con nuestras ganancias si…?

Al responder todas estas y otras preguntas, es posible seleccionar la estrategia de desarrollo de la empresa. Trabajar con un plan “implícito” significa arriesgarse a pérdidas o perder oportunidades.

Esperamos haber convencido a los lectores de que la optimización de yacimientos minerales es una parte esencial para operar exitosamente en las condiciones actuales del mercado. Ahora, podemos pasar a los aspectos más técnicos de este proceso. El módulo Pit Optimizer en el software K-MINE está diseñado para guiar a los usuarios paso a paso en la creación de un proyecto de optimización. Cada etapa puede verificarse, y los resultados intermedios pueden generarse y revisarse.

Veamos ahora con más detalle la secuencia de tareas en el proceso de optimización.

1. Incorporación del modelo de bloques al proyecto

Para iniciar el proceso de optimización, se necesita un modelo de bloques y una base topográfica, que represente las posiciones actuales de las operaciones mineras en el pit que requiere optimización. Si el pit aún no ha sido desarrollado, la base topográfica debe representar la superficie del terreno.

Tanto el modelo de bloques como el área de superficie, presentada como una malla, deben extenderse más allá de los límites del yacimiento para evitar restringir innecesariamente las capacidades del optimizador.

Como primer paso, el modelo de bloques debe ser limitado por la malla topográfica. Una vez completado esto, el modelo de bloques puede incorporarse al proyecto.

A continuación, definimos los tipos de roca y las propiedades que se utilizarán en el proyecto y calculamos el modelo de bloques. Esto genera información detallada por horizontes, agrupada por tipos de roca.

2. Incorporación de parámetros geotécnicos al proyecto

El objetivo del siguiente paso es determinar los taludes resultantes del pit. Estos pueden definirse de varias maneras y pueden variar en diferentes secciones del pit, mejorando significativamente la precisión de los resultados para reflejar las condiciones reales de explotación.

Los usuarios pueden configurar estos parámetros utilizando varios métodos:

• Basado en azimut (por vectores): Se pueden asignar diferentes taludes según los azimuts especificados.
• Basado en malla (por áreas): Se asignan diferentes taludes según mallas específicas. Dentro de estas mallas, también pueden definirse zonas individuales utilizando el método de vectores.
• Por propiedades del modelo de bloques: Los taludes pueden configurarse basándose en campos del modelo de bloques o atributos de clase de material. Este es el método más utilizado. Los especialistas geotécnicos pueden ingresar valores específicos para bloques particulares en el modelo de bloques, que luego pueden aplicarse aquí. Alternativamente, se pueden derivar diferentes propiedades del modelo de bloques y asignarles valores correspondientes de talud.

3. Incorporación de indicadores económicos

Una de las etapas más críticas en la creación de un proyecto es la evaluación económica de cada bloque, que sirve como base para identificar el contorno definitivo del pit. El primer paso es determinar los coeficientes de ajuste de precio para el producto final. Se recomienda utilizar incrementos pequeños (entre 0,1 y 0,01) dentro de un rango de 0,1 a 1,2 (10% a 120%). Esto asegura que el conjunto de datos resultante sea altamente informativo.

En el menú de producto final, se deben configurar los siguientes parámetros:

• El nombre y precio del producto final
• Contenido (solo cuando se mide en gramos por tonelada)
• Costos de procesamiento
• Ley de corte
• Factor de recuperación para la extracción del producto final del mineral bruto

En casos donde no se requiere procesamiento, estos campos pueden permanecer sin cambios. Además, todos los parámetros pueden ingresarse como valores fijos, fórmulas o derivarse directamente del modelo de bloques, mejorando la flexibilidad de los escenarios y simplificando su configuración.

Para escenarios donde un bloque contiene múltiples componentes valiosos, el proceso puede personalizarse para considerar la extracción secuencial de minerales del mineral bruto. Para mejorar la usabilidad, existe la opción de establecer un costo de excavación del sitio o excluirlo completamente de la evaluación. Esto es particularmente relevante cuando se deben considerar edificios u otras estructuras ubicadas dentro del área del pit.

Los costos de excavación y transporte se configuran por separado. Los costos de transporte también pueden ajustarse por horizontes, incrementándose proporcionalmente con la distancia de acarreo.

En los parámetros de cálculo, para determinar el VAN (Valor Actual Neto) y la vida útil del yacimiento, es necesario especificar el volumen de producción anual estimado y la tasa de descuento. Adicionalmente, existe la opción de establecer el margen de ganancia deseado para determinar el contorno definitivo del pit.

Una vez completada esta etapa, los cálculos pueden iniciarse y los resultados pueden revisarse.

4. Análisis y selección del contorno final del pit

Tras un cálculo exitoso, los resultados pueden visualizarse en varios formatos:

Datos tabulares
Los datos tabulares pueden mostrarse en múltiples modos: Acumulativo, Diferencial e Incremental. El volumen de datos facilita la evaluación de cada opción, y para un análisis más profundo, los resultados pueden exportarse a Excel.

Gráficos
Los gráficos, al igual que las tablas, pueden presentarse en tres modos.

Mallas resultantes
A partir de los grupos de bloques generados, los usuarios pueden crear la cantidad necesaria de mallas, comúnmente conocidas en esta etapa de planificación como envolventes de pit anidadas (Nested Pit Shells).

El volumen de datos disponible para analizar y seleccionar el contorno definitivo es amplio y suficiente para tomar una decisión. El enfoque adoptado para la selección depende de las necesidades específicas de cada empresa, ya sea maximizar la ganancia a corto plazo, maximizar las reservas extraídas, el VAN total u otras prioridades.

Para un análisis más detallado y profundo, se pueden utilizar los siguientes indicadores: Ganancia, Factor de Ganancia, VAN, Margen, Volumen de Minerales en Procesamiento, VdM, Calidad, TIR, PRI Descontado, FCD, y muchos otros. Como cualquier otro proyecto, este sigue las reglas y análisis financieros.

Los siguientes pasos son complementarios al proceso de determinación del contorno definitivo del pit y son esenciales para la planificación estratégica.

5. Creación de pushbacks

Para la planificación minera detallada, específicamente para determinar la cantidad óptima de estéril y mineral para cada período, es necesario definir las fases de desarrollo del pit, conocidas como pushbacks. Para maximizar la eficiencia, se recomienda utilizar estos pushbacks en el módulo de Scheduling. Existen dos opciones para crear pushbacks: manual y automática.

6. Creación del plan de secuenciamiento

Para una evaluación preliminar de la extracción de material por períodos, se recomienda utilizar el secuenciamiento en el módulo Pit Optimizer. Está estructurado para crear paneles basados en las envolventes de contorno final y los horizontes que estas intersectan.

7. Análisis de sensibilidad

El análisis de sensibilidad responde a la pregunta de cómo cambiará nuestro ingreso cuando se ajusta uno de los parámetros del proyecto de optimización. Al modificar el rango de fluctuación de los datos y observar cómo se comporta la ganancia o el VAN, sacamos conclusiones e influimos en el resultado.

8. Evaluación de contornos externos

Para evaluar qué tan bien una malla de contorno final dada se alinea con nuestro resultado optimizado, o para comparar los resultados de múltiples proyectos de optimización, existe la opción de agregar contornos externos al proyecto de optimización. Esta funcionalidad también es útil para comparar un contorno definitivo diseñado con la envolvente de pit generada.

Adicionalmente, como parte de los resultados, se proporciona información detallada para cada una de las mallas agregadas en formato tabular para su comparación.

Volvamos al contorno final del pit. Supongamos que hemos determinado que el contorno definitivo del pit es aquel donde, en el modo de visualización de datos acumulativos, el VAN deja de incrementarse. Seleccionamos este contorno y creamos una malla, conocida como la envolvente de pit (Pit Shell). Pero, ¿qué sigue? ¿Cómo convertimos este resultado en un proyecto completo que considere todas las comunicaciones, la estabilidad y otras condiciones?

Por supuesto, es posible dibujar manualmente horizonte por horizonte — una tarea meticulosa que requiere un tiempo considerable. Si se necesitan cambios, todo el diseño tendría que rehacerse. Si bien es efectivo, este enfoque es inflexible e impráctico. Para resolver estos desafíos, K-MINE desarrolló una solución llamada Dynamic Design, que es la parte esencial del módulo de Diseño de Pit a Cielo Abierto (Open Pit Design).

El propósito del módulo de Diseño de Pit a Cielo Abierto es permitir la creación rápida de contornos finales de pit, fases de pushback y planos regulares para diversos períodos de tiempo. Mediante cálculos automatizados, el tiempo requerido se reduce varias veces — ¡y esto no es una exageración! Otro aspecto importante de este proceso es que, al cargar un proyecto guardado, es posible realizar los ajustes necesarios y reconstruir el proyecto rápidamente.

El módulo está diseñado para trabajar no solo con pits, sino también con botaderos. Permite diseñar pits tanto de abajo hacia arriba como de arriba hacia abajo. Los datos mínimos requeridos para construir el proyecto incluyen datos geotécnicos — específicamente, una lista de horizontes con zonas (si las hay) y el contorno de partida para la construcción. Todo lo demás puede configurarse directamente dentro del proyecto.

Ahora, vamos paso a paso: ¿cómo convertimos “esto” en “aquello”?

Una de las principales ventajas de K-MINE es que todos los módulos operan dentro de un mismo entorno, lo que nos permite utilizar tareas de otros módulos al trabajar en un proyecto integral. Esto es exactamente lo que demostraremos a continuación…

Primero, necesitamos obtener las líneas de intersección de la malla con los horizontes. Lo haremos utilizando la tarea de Creación de Isolíneas.

A continuación, nuestras isolíneas necesitan ser suavizadas para construcciones más precisas.

Después de esto, necesitamos seleccionar solo las líneas que influirán en el proyecto de contorno final. En nuestro caso, estas son las líneas que no replican la configuración del horizonte anterior. Luego refinamos su apariencia para lograr suavidad, mejorando la estabilidad en áreas específicas del pit.

A continuación, directamente en el módulo de Diseño de Pit a Cielo Abierto, creamos una lista de horizontes con zonas de estabilidad.

Decidimos cómo construir el contorno final del pit — de abajo hacia arriba o de arriba hacia abajo. Es importante recordar que al construir de arriba hacia abajo, no podremos capturar todo el volumen de mineral, lo que significa que parte del mineral dentro del contorno definitivo permanecerá en el pit. Por otro lado, si construimos el pit de abajo hacia arriba, podemos capturar el volumen completo de mineral, pero esto requerirá remover más estéril del que sugiere la envolvente de pit óptima.

Para abordar estos desafíos existen diversos enfoques, pero la decisión final queda a criterio del diseñador que realiza el trabajo — no revelaremos todos los trucos aquí.

A continuación, agregamos las líneas base a los horizontes correspondientes y obtenemos el primer resultado después del cálculo.

El siguiente paso es configurar los parámetros de los caminos de acarreo del pit y agregar el punto de inicio, que en nuestro caso se ubica en el fondo del pit, ya que la construcción se realiza de abajo hacia arriba.

Se puede agregar una cantidad prácticamente ilimitada de caminos, dependiendo de las necesidades del proyecto específico. Agregamos curvas, detenemos caminos en puntos específicos, los ensanchamos o estrechamos, los adaptamos a condiciones específicas y obtenemos el resultado en cuestión de segundos.

Una vez finalizados los caminos, podemos agregar la base topográfica al proyecto y calcular el resultado, considerando la superficie y las operaciones mineras reales. La secuencia de acciones puede ajustarse si los caminos necesitan adaptarse al sistema de acarreo existente en el pit.

El resultado final es una malla que integra el diseño con las condiciones reales. Adicionalmente, se crean polilíneas, junto con la opción de incluir la línea de intersección de ambas mallas. Como opción, la malla resultante puede utilizarse para construcciones adicionales, como botaderos para estéril.

Resumen

Utilizando los módulos de planificación y diseño en K-MINE, los usuarios pueden completar todas las etapas del proceso de planificación. En este artículo, proporcionamos una descripción detallada de la creación del proyecto de contorno final del pit. Como puede verse, todo el proceso es secuencial y no requiere un esfuerzo extraordinario ni una cantidad significativa de tiempo. Comprender el proceso aumenta la confianza en los resultados, mientras que múltiples iteraciones con diferentes datos proporcionan información sobre las posibles fluctuaciones en los indicadores financieros y los límites del pit.

La planificación estratégica es de importancia crítica y esencial en la economía de mercado actual. Ofrece una comprensión clara de cómo responder a los desafíos que el futuro pueda presentar. Estar prevenido significa estar preparado.