Planificación estratégica de la mina para minas a cielo abierto: la manera integrada (Parte 1)

La planificación estratégica de la mina consiste en definir una estrategia para explotar los recursos minerales definidos de forma que se maximice el valor durante toda la vida de la mina. El plan estratégico debe estar siempre alineado con la visión de las perspectivas futuras de las organizaciones. El proceso de planificación estratégica está más centrado en la definición de un Plan de vida de la mina (Life of Mine Plan, LOMP) que cumpla mejor con los objetivos corporativos a largo plazo. En esta fase de la planificación, se suele intentar responder a las siguientes tres preguntas fundamentales:

• Teniendo en cuenta tanto los parámetros económicos como las limitaciones de ingeniería, qué parte del yacimiento es factible de explotar durante la vida útil de la mina;
• Cuando y en qué orden extraer esa parte concreta del yacimiento; y
• dónde enviar el material extraído (botadero, planta, stockpile, etc.) para maximizar los objetivos de la empresa.

El proceso de responder a estas 3 importantes preguntas, conocido formalmente como Planificación estratégica, permite a las organizaciones determinar las limitaciones y las restricciones, y maximizar el valor de sus recursos. El resultado clave de la planificación estratégica es el Plan de vida de la mina (LOMP), que normalmente se revisa y actualiza anualmente debido a una combinación de entornos cambiantes de mercado, económicos y técnicos. Un LOMP bien definido es esencial, ya que proporciona una visión financiera para un determinado proyecto y establece el marco en el que se desarrollan todos los demás planes (tácticos y operativos). Si falta el componente a largo plazo o no se define adecuadamente, la experiencia ha demostrado que las operaciones acabarán encontrándose con problemas operativos a corto plazo. El cortoplacismo suele traducirse en la esterilización de los recursos minerales, en tasas de producción más bajas y en operaciones menos eficaces y rentables.

Convencionalmente, la planificación estratégica se lleva a cabo mediante los 7 pasos que se definen a continuación:

• Definición de los objetivos clave de la empresa, las limitaciones y los indicadores clave de rendimiento
• Optimización de mina a cielo abierto
• Diseño detallado de minas
• Optimización y selección de Pushback
• Planificación estratégica
• Asignación de material
• Evaluación y análisis económico

En este artículo,se utilizará un yacimiento ficticio de oro y cobre para analizar el proceso de planificación estratégica. Es importante tener en cuenta que se trata de un conjunto de datos de demostración y que los parámetros utilizados también se basan en suposiciones.

• Definir los objetivos clave de la empresa, las limitaciones y los indicadores clave de rendimiento (KPI)
  

Antes de comenzar los trabajos de planificación estratégica, es fundamental que las organizaciones definan los objetivos clave, las limitaciones y los KPI que impulsan y apoyan las perspectivas de la organización para el futuro. En la mayoría de los casos, los objetivos son múltiples y a veces conflictivos. Según mi experiencia, el objetivo general más común para la mayoría de las organizaciones es aumentar el valor para los accionistas mediante una planificación segura y responsable de los recursos a fin de maximizar el valor actual neto (Net Present Value, NPV) a largo plazo. El NPV es el valor actual neto de los flujos de caja futuros descontados a una tasa de descuento seleccionada.

El NPV ha demostrado ser un buen instrumento para la valoración comercial de proyectos, ya que implica la valoración tanto del valor a corto plazo (que recibe poco descuento) como del valor a largo plazo (que recibe un mayor descuento). Las organizaciones pueden tener otros objetivos y KPI adicionales, entre los que se incluyen, sin limitarse a ellos, el aumento de la vida útil de la mina, la escala de las operaciones, la capacidad de ajuste a factores externos, la exposición al riesgo, la minimización del costo de producción, la especificación del mercado, el aumento de la recuperación de metales, etc. Estos objetivos y KPI tienen que estar plenamente definidos, comprendidos y acordados para optimizar la planificación estratégica.

Como se mencionó, se está utilizando un yacimiento masivo de cobre y oro, y el objetivo principal en este ejemplo es maximizar el valor actual neto del proyecto minimizando la exposición al riesgo. Otros KPI y limitaciones clave de este proyecto son el seguimiento de la cantidad anual extraída y molida, así como el aumento de la recuperación del metal.

Una vez definidos los objetivos clave, las restricciones y los KPI, el siguiente paso es definir el Pit que producirá el máximo beneficio (sin descuento) para el modelo de recursos dado. Esto se hace a través de un proceso conocido como optimización de mina a cielo abierto.

2. Optimización de mina a cielo abierto

La optimización de minas es el proceso de determinar el contorno o la capa externa óptima que se minará para maximizar el beneficio y satisfacer los requisitos operativos. El punto de partida del proceso de planificación estratégica es un modelo de bloques de recursos, en el que el mineral y el material de desecho se dividen en bloques regulares en 3D, como se muestra en la Figura 1 a continuación. A cada bloque regular se le asignan atributos clave, como leyes, contaminantes, tipo de roca, recuperaciones, densidad, etc.

Antes de comenzar los trabajos de optimización de minas a cielo abierto, es primordial convertir el modelo de recursos en un modelo de planificación. Un modelo de planificación representa principalmente la realidad y los grados reales de selectividad que pueden alcanzarse durante operaciones mineras prácticas. Algunos de los procesos comunes que intervienen en la conversión de un modelo de recursos en a un modelo de planificación son:

• Depletar el modelo de bloques para eliminar las celdas que estén por encima de la topografía. Para ello, tendrá que definir la topografía de partida para la optimización. En el caso de los proyectos totalmente nuevos, esto es sencillo, ya que se trata de la topografía original no alterada. En proyectos ya iniciados en curso, se suele utilizar una topografía prevista.
• Regularizar (REBLOCK) el modelo de bloques para crear celdas que coincidan con las unidades selectivas de minas (Selective Mining Unit, SMU) y recalcular los atributos del modelo de bloques (p. ej., leyes, contaminantes, etc.) según criterios definidos por el usuario. Durante este proceso, parte del mineral se diluirá con material estéril. En algunos casos, la mayor dilución puede modelarse utilizando otras técnicas de dilución como DILUTMOD para modelar la dilución en los contactos.
• En algunos casos, es posible que desee definir atributos adicionales que no estén definidos en el modelo de recursos, pero que son importantes para la planificación del trabajo. También es un ejercicio común eliminar algunos atributos geológicos que no estén relacionados con la planificación de la mina, p. ej., parámetros de estimación de leyes, etc.
• La forma más adecuada de hacer las cosas es modelar la información geotécnica en el modelo de planificación. Por lo general, el departamento geotécnico proporcionará strings que delimiten las diferentes zonas geotécnicas. Me resulta más fácil transferir la información de las strings al modelo de planificación.
• Limitar o ampliar un modelo de bloques. Antes de poder comenzar los trabajos de optimización en Studio NPVS de Datamine, es esencial asegurarse de que tenga suficientes bloques de residuos fuera del potencial yacimiento para que Studio NPVS los considere al generar los pits óptimos. Por otro lado, no querrá tener un modelo muy grande con celdas innecesarias que no aporten valor a la optimización (en cambio, esto afecta la velocidad de procesamiento).
• Cuando la modelización de costos sea muy detallada y compleja, es posible que también desee definir factores de ajuste de costos de minería (Mining Cost Adjustment Factors, MCAF) y factores de costo de procesamiento (Processing Cost Factors, PCAF) en el modelo en lugar de hacerlo en la solución de optimización.

Una vez generado el modelo de planificación y después de haberlo importado a una solución de optimización como Studio NPVS, se puede definir el modelo económico. El modelo económico se define mediante el establecimiento de parámetros de costos y precios para la vida útil de la mina y, luego, mediante el cálculo de un valor intrínseco por método de procesamiento de cada bloque en el modelo de bloques de planificación en función de sus atributos geometalúrgicos. El valor (aunque puede calcularse externamente y almacenarse en el modelo de bloques) usualmente se deja para calcularse en Studio NPVS como parte de la definición del modelo económico. En este ejemplo de yacimiento de oro-cobre, se usaron los siguientes parámetros económicos definidos en la Tabla 1:

Además, las recuperaciones de procesamiento para el oro y el cobre se definieron a través de un gráfico de leyes frente a recuperación, como se muestra en la Figura 2:

Con parámetros/supuestos económicos, de producción y de ingeniería específicos, soluciones de optimización de minas como Studio NPVS de Datamine generan capas externas de pits anidados que indican el valor del proyecto con tamaños de pits específicos y progresivos. Las capas externas de pits anidados se generan a través de un proceso conocido como parametrización de límites de minas pits mediante el uso de factores de ingresos/beneficios. Un factor de ingresos/beneficios es una variable que, cuando se multiplica con otros parámetros de optimización de minas, como el precio del metal, producirá los diferentes esquemas de pits anidados con las diferentes factorizaciones.

En este ejemplo, se utilizaron los parámetros geotécnicos de la Tabla 2 para realizar el análisis final de la mina. Además de los parámetros geotécnicos, se definió una tasa de descuento del 14,5 % y un ancho mínimo de fondo de la mina de 40 m.

Las capas externas de pits anidados están siempre ordenadas de mayor a menor valor por toneladas extraídas. La secuencia en la que progresa el crecimiento de las capas externas de los pits anidados a lo largo del tiempo representa la evolución óptima de la mina en el tiempo. En la Figura 3, se resumen las capas externas de pits anidados generadas para este modelo de bloques de oro-cobre con los parámetros económicos y de ingeniería asumidos.

En la Figura 3, se puede ver claramente que este yacimiento en particular admite una variedad de tamaños de mina que son todos técnicamente explotables y económicamente rentables. La selección de las capas externas de la mina debe tener en cuenta los aspectos técnicos, financieros y sociales. Se destacaron algunas capas externas de mina (con barras verticales de puntos rojos): la capa externa que maximiza la reserva, la capa externa que minimiza el riesgo, la capa externa que produce el máximo NPV y algunas capas externas que combinan los tres aspectos mencionados.

El contorno de pit anidado más pequeño representa la mina más robusta, es decir, una mina que será económicamente viable incluso en las peores condiciones económicas. La mina anidada El pit anidado más pequeño orienta al ingeniero de planificación minera hacia la porción del yacimiento que debe extraerse en primer lugar, ya que sigue siendo atractiva desde el punto de vista financiero incluso después de una penalización de factor de ingreso bajo. El contorno de mina más grande representa la mina con vida útil más larga en las mejores condiciones económicas. Las capas externas de pits anidados de Lerch-Grossmann pueden interpretarse como un método de incorporación de aversión al riesgo al problema de planificación minera de la mina. Ayudan a los ingenieros de planificación minera a saber dónde empezar con la explotación de la mina y en qué secuencia extraer el pit hacerlo para producir el NPV más alto del material dentro del pit final.

En este ejemplo, la capa externa de pit que se seleccionó para un mayor análisis es la capa con un factor de beneficios de 0,46. Evidentemente, no se trata de la capa externa de pit con el máximo NPV. La diferencia en el NPV entre la capa externa de pit con un factor de beneficios de 0,46 (USD 597.174.175) y la capa externa de pit con el NPV máximo (USD 603.343.740) es del 1 %. Sin embargo, la proporción de desmonte incremental entre las dos capas externas de pit es de 8,9. Las proporciones de desmonte representan la cantidad de material de desecho que debe removerse para extraer una cantidad determinada de mineral. Teniendo esto en cuenta, las proporciones de desmonte son un indicador de riesgo, y la conversión general es que cuanto menor sea la proporción de desmonte, menor será el costo de minería, lo que se traduce en mayores márgenes de beneficio. A la inversa, las proporciones de desmonte más elevadas se traducen en altos costos de explotación, lo que se supone que puede acabar con la rentabilidad del yacimiento. En la Figura 4, se muestra la superficie matemática de la capa externa de pit seleccionada:

Por lo tanto, cuando se busca una capa externa que tenga un elemento que maximice el NPV, pero que también minimice el riesgo, la capa externa con un factor de beneficios de 0,46 es una buena capa para considerar. Esta capa externa no destruye gran parte del NPV (solo el 1%), pero tiene una proporción de desmonte relativamente menor. El hecho de que la curva del NPV se mantenga relativamente plana más allá de la capa externa de factor de beneficios de 0,46 es una indicación de que el yacimiento es sensible a los precios. Con un depósito de este tipo, el aumento de la proporción de desmonte aumenta el riesgo del proyecto. Evidentemente, se trata de un enfoque simplificado para la selección de la capa externa de pit final, ya que principalmente se centra en los aspectos técnicos de la explotación minera y no incluye consideraciones sobre aspectos como la concesión de licencias sociales, la financiación del proyecto, etc.

La mayoría de las veces, las organizaciones se centran en el contorno de mina que tiene el mayor NPV cuando ejecutan el LOMP. Sin embargo, el NPV no es la única forma de evaluar los proyectos de minería. A veces, la mina óptima para un escenario específico puede ser la que maximice algunos de sus objetivos corporativos. Es importante tenerlo en cuenta en el proceso de optimización de minas y al seleccionar la capa externa final.

En esta fase del proceso, tal vez se quiera realizar un análisis de sensibilidad basado en los parámetros económicos y de ingeniería. Es posible que se quiera ver cómo el proyecto es sensible a los cambios de precios y costos, a las recuperaciones de procesamiento, a los cambios de la región de pendientes, etc. Una vez que haya seleccionado el pit final que se ajuste a sus objetivos corporativos, el siguiente paso del proceso consiste en convertir la capa externa del pit matemático en un diseño detallado de esta que pueda explotarse de forma segura y rentable.

3. Diseño detallado de minas

Después de ejecutar la optimización de minas y de haber seleccionado la capa externa de pit que responda a su(s) objetivo(s) corporativo(s), tendrá que establecer un diseño detallado y operativo de la mina. El objetivo es producir un diseño que se desvíe lo menos posible del contorno de capa externa matemática seleccionado. El diseño detallado tiene que garantizar que la mina funcione de forma eficiente, que se desarrolle plenamente dentro de los derechos mineros y lejos de las zonas de exclusión, que se minimicen las distancias de transporte, que se maximice la recuperación de mineral, que se cumplan los objetivos de producción y que se respeten las restricciones geotécnicas y de seguridad. Con tantos puntos para tener en cuenta, se puede decir a distancia que el proceso de diseño es un proceso iterativo que implica equilibrar o compensar los importantes aspectos de diseño mencionados anteriormente.

Hay muchos aspectos diferentes que el ingeniero de diseño debe tener en cuenta para garantizar que el diseño operativo no solo sea eficiente, sino que también pueda explotarse con seguridad. Este es un tema importante que se tratará en detalle en un artículo diferente, En resumen, algunos de los factores clave son las consideraciones sobre el acceso a las minas, la anchura mínima de la mina, los parámetros de diseño de la rampa (anchura de la rampa, gradiente, curvatura máxima de la rampa, cantidad de rampas y cambios de sentido, etc.), así como otras consideraciones geométricas sobre la pendiente (como la altura y el intervalo de la terraza, el ángulo de la cara de la terraza, la anchura de la berma, etc.) y las características de seguridad (zonas planas en los cambios de sentido, rectas de rebasamiento, escorrentías de la rampa de seguridad).

La capa externa de pit optimizado se puede exportar desde Studio NPVS de Datamine como una superficie o como bloques limitados por la mina, ya que se puede utilizar como una guía de diseño en Studio OP de Datamine. Esta es una de las mayores ventajas de utilizar los dos sistemas juntos; la información de Studio NPVS se puede consumir fácilmente en Studio OP. En la Figura 5, se muestran de forma espacial la capa externa de pit final seleccionada y la capa externa de pit diseñada.

Una de las formas habituales de comprobar la calidad de los diseños producidos es medir la diferencia de tonelaje y valor entre la capa externa matemática seleccionada y el diseño operativo. Esta comparación se detalla en la Tabla 3.

Suele haber una pérdida de valor inherente entre la superficie optimizada y el diseño operativo debido a la inclusión de rampas y bermas. La adición de rampas y bermas podría dar lugar a la extracción de residuos adicionales o a dejar mineral en el suelo. La diferencia aceptable entre la capa externa de pit final seleccionada y el diseño operativo varía de una operación a otra. Según la diferencia entre la capa externa de optimización de minas y el diseño operativo final, puede ser necesario volver a pasar por la etapa de optimización de minas utilizando los nuevos parámetros de ángulo de pendiente global del diseño recién completado.

El diseño de minas es a la vez ingeniería y arte, y depende en gran medida del criterio del ingeniero. Tradicionalmente, el diseño de minas solía ser un proceso manual, lento, largo y costoso. Debido a que el proceso era largo, resultaba muy difícil considerar diferentes escenarios de diseño para comprobar la solidez y rentabilidad de las soluciones. Sin embargo, ¿qué pasaría si le dijéramos que ya no tiene que comprometerse porque puede tener en sus manos una herramienta que le permitirá generar rápidamente diseños de mina prácticos y alternativos, de modo que pueda ejecutar las opciones que desee probar y aún así cumplir los plazos? Sí, la herramienta de diseño automático de minas de Datamine líder del sector es la respuesta a sus problemas.

Una vez completado el diseño operativo, el siguiente paso consiste en importar el diseño real a Studio NPVS para continuar con la optimización de la expansión programada. Esto se tratará definitivamente en la segunda parte del artículo. Consulte este espacio.