20. Rodrigo Fuentealba - Definición De Curvas Rom Y Mallas De Voladuras Para Asegurar El Tratamiento Del Tonelaje En Una Nueva Mina

Definición de Curvas ROM y Mallas de Voladuras para asegurar el Tratamiento del Tonelaje en una Nueva Mina. Cristian Rodríguez, Split Engineering Chile & Rodrigo Fuentealba, Split Engineering Chile & Fernando Fernandez, Split Engineering Chile & John Kemeny, Split Engineering, University of Arizona & Tom BoBo, Split Engineering & María Rocha, Rocha Blast Engineers Introducción En la actualidad las principales compañías mineras se encuentran emplazadas mayoritariamente en roca primaria que se caracteriza por ser muy competente y que dificultan enormemente el proceso productivo minero al generar una mayor granulometría post–voladura, con el resultado de un proceso de extracción y acarreo más dificultoso y poco productivo. Ante este complejo escenario, se hace primordial en las compañías mineras realizar previamente un Estudio de Factibilidad que les permita tomar las mejores decisiones, debido a las altas sumas de dinero que se invierten en los nuevos proyectos. De esta manera, las permanentes evaluaciones permiten desistir oportunamente de ciertos procedimientos e iniciar otro proyecto que tenga mejores perspectivas. Este trabajo es presentado como un complemento al exhaustivo estudio de viabilidad de una importante compañía minera, que se ha elaborado para la óptima puesta en marcha de la operación. Se realizaron distintas simulaciones y estudios del comportamiento del material presente en los primeros 10 años de la operación, tanto en la Mina como en la Planta de tratamiento, determinando la distribución granulométrica adecuada para cada unidad geológica que asegure la producción esperada por la Planta. Se ha utilizado el software JKSimBlast ® para diseñar y simular las voladuras asociadas a cuatro unidades geotécnicas y así obtener las curvas de distribución de tamaño Run-of-Mine (ROM) de cada material, utilizando el modelo de fragmentación Kuz-Ram y JKMRC que están presentes en este software. Para evaluar si las voladuras diseñadas cumplen con los requerimientos productivos detallados en el Plan Minero (toneladas por día), se requiere de una simulación matemática realizada en el software JKSimMet®. Finalmente a partir del exhaustivo estudio minero y metalúrgico realizado tanto de forma individual a cada muestra, como en el global por periodos teniendo en cuenta las mezclas dadas, se propone que las primeras voladuras deben seguir una configuración específica para cumplir con lo propuesto como objetivo.

Alcance del Proyecto Este estudio parte del interés de generar la Curva ROM del proyecto minero y las mallas de voladuras asociadas a cada UG que asegure una producción diaria de 95.000 t en un primer periodo de 10 años con las mezclas de acuerdo al Plan Minero vigente. El análisis predictivo que se elaboró a lo largo del proyecto con la información proporcionada es la base para que la producción y su control, tanto en Mina como en Planta, comience desde el conocimiento de las condiciones de contorno, siendo por tanto más eficiente y personalizado. Los objetivos principales del proyecto fueron: -

Configuración de mallas de voladura específicas para cada UG que aseguren la producción fijada. Proposición de una ‘Primera Voladura’ en la operación que, con las mezclas de Materiales existentes, asegure la producción desde el punto de vista de optimización. Creación de las Curvas ROM que aseguran la producción fijada.

De esta forma, se realizó el estudio completo necesario para reportar lo que sería, el Plan de Fragmentación, lo que conlleva una parte previa de recepción de datos, una segunda etapa de diseño de voladuras, simulaciones y análisis de fragmentación con el software JKSimBlast ®, la tercera etapa de simulación y estudio del comportamiento de ese material volado en la Planta de tratamiento y la última etapa de estudio de resultados y propuesta de una configuración de voladura para optimización de la operación en base a la fragmentación.

Paso 1 Recepción de Datos. Inicialmente se hace el estudio individual de cada UG para posteriormente poder estudiar el comportamiento por periodos, teniendo en cuanta los porcentajes presentes de cada UG en la Mina según el Plan Minero vigente. El proyecto está limitado a las UG predominantes en los primeros 10 años de operación según las especificaciones del Plan Minero vigente. Para la principal mineralización calcopirítica, las litologías presentes son roca sedimentaria y pórfidos, cada una con su alteración correspondiente. De cada una de las UG`s a estudiar se proporcionan tablas con la siguiente información útil tanto para la etapa en la Mina como en la Planta (ver Tabla 1).

Tabla 1. Ejemplo de información proporcionada de cada UG Unidad Geológica

Propiedades

10% 20% 80% 90% Media percentil percentil percentil percentil Densidad FF /m PLI - I50 UCS - Mpa Young's Modulus Gpa Axb estimado I50 Axb Medidos Variab.

2.46 15.2 0.7 16.9 18.6 99.2 100.9

2.53 8.6 1.5 33.6 20.8 64.3 64.9

2.63 3.2 2.5 58.1 25.0 46.4 46.4

2.70 1.1 3.9 88.7 29.2 35.9 35.3

2.73 0.6 5.0 114.0 31.4 30.7 29.0

Para el diseño de las voladuras, la información a tener en cuenta es: la geometría del rajo (altura de banco, etc.), el diámetro actual de perforación y las características del explosivo actualmente disponible para uso (ver Tablas 2 y 3).

Tabla 2. Parámetros actuales de la operación de voladuras Info diseño voladuras Diámetro de perforación (mm) 270 Altura de Banco (m) 15 Longitud de Perforación (m) 17

Tabla 3. Características de explosivo utilizado Explosivo Tipo Emulsión Densidad (kg/m3) 1.3 VOD (m/s) 5200 Energía (MJ/kg) 3.55 RWS 1.16 RBS 1.97 Para las simulaciones de fragmentación realizadas con el software JKSimBlast® en base al modelo de fragmentación de Kuz-Ram se requieren dos tipos de información, las mencionadas anteriormente asociadas al diseño de la voladura (Tabla 2 y 3) y las características geológicas de cada UG (Tabla 4).

Tabla 4. Características geológicas para simulación de fragmentación SED-1 SED-2 POR-1 POR-2 Tamaño de bloque insitu (m)* 0.2 0.2 0.5 0.5 Densidad (kg/m3) 2.6 2.6 2.6 2.6 Resistencia Compresión - UCS (Mpa) 110.1 58.1 164.6 81.1 Módulo de Young (Gpa)** 22.215 22.215 28.46 28.46 Resistencia a tracción (Mpa) 11.01 5.81 16.46 8.11 Factor de Roca ‘A’ * 2.64 2.64 4.36 4.36 Tamaño de Finos* 2 2 2 2 Para las simulaciones de la Planta de tratamiento se han utilizado Circuitos Base. Un ejemplo de los parámetros de mineral necesarios para el estudio por UG`s se muestra en la Tabla 5. Tabla 5. Ejemplo de Parámetros de mineral para el 50% percentil Grupo UG SED 1 SED 2 POR 1 POR 2 SG SPI A, b A*b Ta BMWi

SG 2.63 2.64 2.54 2.55

SPI 99 73 53 55

A 47.4 47.4 47.4 47.4

b 0.72 0.98 1 1.24

A*b 34.2 46.4 47.4 58.6

Ta 0.34 0.46 0.47 0.6

BMWi (KWh/t) 15.5 14.1 12.2 11.9

= Gravedad Especifica = SAG Power Index = Parámetro de fractura por impacto, es determinado utilizando un dispositivo de rotura de alta energía llamado JK Drop Weight Test. = Parámetro de dureza del mineral. = Parámetro de fractura por abrasión. = Ball Mill Work Index

En el estudio se utilizaran los parámetros de mineral para el percentil 50 y 80, y los valores por 2 periodos de tiempo, el primero de 1 a 5 años y el segundo periodo, de 6 a 10 años. Ambos periodos serán los estudiados en el proyecto como primera aproximación al material existente y su comportamiento. Pese a disponer de más información de percentiles, tanto en las simulaciones de Mina como de Planta, sólo se utilizan los percentiles 50 y 80 como valores medio y más restrictivo, respectivamente. La información proporcionada en el Plan Minero para la distribución de UG`s a lo largo de la vida del proyecto, separado por periodo de 5 años también estaba incluido en los datos del proyecto y, en este caso, es fundamental para la etapa de simulación y optimización del comportamiento de la Mina, con las mezclas de Materiales existentes en cada época de operación. Así, tras la redistribución, la mezcla de los Materiales en cada uno de los periodos es la que se muestra en la Tabla 6. Por ahora sólo se estudian los dos primeros periodos que engloban los 10 iniciales años de operación.

Tabla 6. Distribución de UG`s en los distintos periodos de operación Periodo 1-5 6-10 11-20 21-30 31-LOM Total LOM (Años) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 100% 100% 100% 100% 100% 100% SED-1 11% 23% 36% 34% 46% 37% SED-2 31% 33% 24% 22% 15% 21% POR-1 11% 7% 20% 17% 28% 21% POR-2 47% 37% 20% 27% 11% 21% Paso 2. Diseño de Voladuras, Simulaciones y Análisis de Fragmentación. El siguiente paso del proyecto es el diseño y las simulaciones de las voladuras a estudiar. Así conociendo los parámetros y características principales, se diseñan 3 configuraciones de voladuras distintas, y una cuarta que sólo se aplica a una UG determinada, la POR-1. Las mallas estudiadas cuentan con las características mostradas en la Tabla 7. Tabla 7. Características de las voladuras de estudio diseñadas Caso1 Caso2 Caso3 0.44 0.54 0.64 Diámetro de perforación (mm) Altura de Banco (m) Longitud de Perforación (m) Burden (m) Espaciamiento (m) Sub-perforación (m) Explosivo utilizado Factor de Carga (kg/t) Factor de Energía (MJ/t)

270 15 17 6,5 7,5 2 Emulsión 0,444 1,575

270 15 17 5,9 6,8 2 Emulsión 0,539 1,914

270 15 17 5,4 6,2 2 Emulsión 0,646 2,294

Caso4 0.94 270 15 17 4,5 5,2 2 Emulsión 0,932 3,307

La voladura del Caso 1 se considera una voladura del tipo estándar, donde la malla es de tamaño normal respecto a la altura de banco y el diámetro de perforación. Obviamente, si se disminuye el tamaño del burden y espaciamiento de la malla de perforación, más homogénea será la distribución del explosivo en el banco y el resultado será una fragmentación de menor tamaño. Las consecuencias de dicha disminución del tamaño de alimentación a la Planta, la curva ROM, es una mejora notable en el tonelaje a procesar por el chancado primario y disminución en los consumos generados por el procesamiento del mineral. Por tanto, se proponen otros 3 diseños alternativos que aseguren mejor fragmentación y, por ende, mayor productividad en el global de la operación. Una alternativa es el Caso 2, donde aumentamos en 100g/t el factor de carga o los casos 3 y 4, donde llegamos a niveles de alta energía con factores de carga de hasta 0,940 kg/t (éste último sólo se aplica a la litología más adversa, denominada POR-1).

Una vez ya definidas los diseños, se realizan los análisis de fragmentación con la ayuda de una herramienta de simulación y análisis de voladuras. Las simulaciones se realizan para cada UG por cada una de las voladuras diseñadas para estudiar el comportamiento individual y generar las Curvas ROM de cada material, como se puede apreciar en la Figura 1.

Figura 1. Simulación de las voladuras diseñadas. Para la predicción de la fragmentación ocasionada en cada UG a estudiar, se ha utilizado el módulo de Análisis de Fragmentación de Finos JKMRC (Hall & Brunton, 2001), incluido en el software de simulación de voladuras. La información fundamental geológica que requiere dicho modelo es la que se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Ventana de características para análisis JKMRC de Finos.

El modelo JKMRC está compuesto de dos modelos: Kuz-Ram para determinar la parte gruesa de la curva, y el ajuste del fino del JKMRC. Antes de ejecutar el modelo de finos en el software, siempre se ejecuta el análisis de Kuz-Ram para generar la primera parte de la curva de JKMRC. Los resultados se pueden apreciar en la Figura 3:

Figura 3. Curvas ROM de las Unidades Geológicas SED y POR para cada alteración. Una vez generadas las Curva ROM de las voladuras diseñadas, la labor en la Mina ha finalizado y el Material es transportado a la Planta de Tratamiento para su procesamiento . Paso 3. Simulación y estudio de las Curva ROM en la Planta de Tratamiento. El objetivo es conocer si con la granulometría simulada para cada tipo de material, se consigue la producción requerida en la planta y propuesta en el Plan Minero. Para evaluar si las voladuras diseñadas cumplen con los requerimientos productivos detallados en el Plan Minero de 95.000 toneladas por día, se requiere de simulación matemática. Para este propósito se utiliza el software JKSimMet ® y los modelos o casos base de simulación. Un ejemplo de la simulación del Chancador Primario, con los parámetros de mineral del percentil 50 de la unidad geológica llamada SED-1, se muestra en la Figura 4 que muestra la distribución de tamaño ROM y producto del Chancado Primario.

Figura 4. Flowsheet de simulación para el Chancador Primario Distribución de tamaño ROM. Un ejemplo de simulación del circuito de molienda SABC-A, con los parámetros de mineral del percentil 50 de la unidad geológica SED-1, se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Flowsheet de simulación para el circuito de Molienda SABC-A, de UG SED-1.

Paso 4. Fase de estudio de resultados y propuesta una configuración de Voladura. Siguiendo los porcentajes por periodos de cada material que estarán presentes en la operación según el Plan Minero vigente, y conociendo el comportamiento individual de cada uno de esos materiales, tanto en la Mina como en la Planta, estudiamos el comportamiento global por voladura diseñada. En esta primera etapa de modelización de la operación se estudian las dos primeras etapas del proyecto, de 1 a 5 años y de 6 a 10, comprendiendo así los primeros 10 años de operación. Tabla 8. Distribución de UG`s a lo largo de los periodos de operación. Periodo (Año) SED-1 SED-2 POR-1 POR-2

1-5 (%) 100% 11% 31% 11% 47%

6-10 (%) 100% 23% 33% 7% 37%

En la Figura 6 se muestran las Curvas de Alimentación SAG de las mezclas estudiadas para cada diseño y comparadas para cada periodo (1 a 5 años y de 6 a 10 años).

Figura 6. Curva de Alimentación SAG Mezcla, por diseño y para los distintos periodos. Como es de esperar al predominar las alteraciones blandas (característica también visible en las propiedades metalúrgicas) las Curvas de Alimentación muestran un material más fino. Esto favorece la producción a nivel tonelaje de la operación.

Tras haber hecho pasar el material por el Circuito completo de Chancado y Molienda en el software simulador, éste reporta el dato del tonelaje por hora, al que le aplicamos un 95% de factor de operación para calcular el tonelaje por día producido.

Figura 7. Comparativa Factor de Carga vs. Tonelaje (TPD) producidas por periodo. La Tabla 9 muestra el dato numérico de la producción generada por voladura y periodo (sólo los valores en verde cumplen el objetivo productivo). . Tabla 9. Datos de producción generada por voladura y periodo 0.44 0.54 0.64 0.94 TPD 1-5 años 83,524 91,598 99,921 102,913 TPD 6-11 años 79,289 89,807 98,466 100,370

Conclusion Finalmente se puede concluir que con las mezclas de material esperadas, implementando voladuras de 0,64 kg/t se cumple el tonelaje definido para el proyecto. Mientras que de forma individual ninguna de las Unidades Geotécnicas llegaba al tonelaje deseado con dicho Factor de Carga, por lo cual solo con la mezcla de los materiales, se consigue optimizar la producción. Se propone que las primeras voladuras deben seguir la siguiente configuración: -

Material: Malla de Voladura: Retacado: Explosivo: Factor Energético: Factor de Carga:

SED y POR 5,5 m x 6,0 m 6m Emulsión (ver recomendaciones) Aprox. 2,30 MJ/t Aprox. 0,640 kg/t

Justificamos el comenzar con la misma configuración para ambas UG´s ya que la comparativa ‘$/t vs. Tonelaje’ muestra pequeñas diferencia y por tanto, se compensa el aumento de Factor de Carga para el resultado final, asegurando el tonelaje de diseño (95.000 TPD).

References Brent G.F., Hawke S.J., Gómez R (2012), Ultra-High intensity blasting for improved ore comminution, Fragblast10, Nueva Delhi, Noviembre. JKMRC, 2014. JKSimBlast and JKSimMet software, http://www.jkmrc.uq.edu.au Singh S.P., Abdul H. (2013),Investigation of blast design parameters to optimize fragmentation, Fragblast10, Nueva Delhi, Noviembre. Thornton D., Kanchibotla S. and Brunton I. (2001), Modelling the Impact of Rockmass and Blast Design Variation on Blast Fragmentation, EXPLO2001. Rocha M., Kemeny J., BoBo T., Rodriguez C. (2014), Calibration of a Fragmentation Model for a New Mining Operation, 40th Symposium ISEE, Denver, February. Hall J. & Brunton I. (2001), Critical Comparison of JKMRC Blast Fragmentation Models, EXPLO2001.