Fundamentos y Complejidad de la Minería a Cielo Abierto

¿Cuáles son los rasgos principales que diferencian la minería a cielo abierto de otros métodos de minería y por qué este tipo de minería se torna cada vez más compleja e interdependiente?

La minería a cielo abierto se diferencia principalmente porque el yacimiento mineral debe estar cercano a la superficie. La extracción se realiza desde la superficie utilizando el método a cielo abierto, empleando **bancos horizontales** para la extracción. El lastre de recubrimiento se transporta a **botaderos** ubicados fuera de los límites del rajo final.

Este tipo de minería se torna cada vez más compleja e interdependiente porque involucra grandes desafíos, tales como:

• Costos de extracción crecientes.
• Leyes promedio de mineral bajando.
• Exigencias medioambientales.
• Mayor conciencia en seguridad y salud.

Estos desafíos solo pueden resolverse con una rigurosa **coordinación, administración y armonización** de sus elementos.

Si tuviésemos que describir aquellos elementos principales que conforman una operación minera a rajo abierto, ¿cuáles debemos mencionar? ¿Por qué?

Los elementos principales son: **bancos, rutas de transporte y botaderos**, fases y la transición a minería subterránea. En este último punto, cobra real importancia el emplazamiento del portal que une ambas operaciones.

Cada elemento es relevante para acceder al mineral, obtener las metas de **cobre fino** y asegurar el negocio, en términos de posicionar ese metal valioso en el mercado al mejor precio.

¿Cuáles son los fundamentos técnicos que marcan la decisión de explotar un depósito mineral por minería a cielo abierto y por qué el aplicar este método de extracción se torna cada vez más complejo e interdependiente?

Los fundamentos técnicos son:

• Una razón lastre/mineral (L/M) en promedio baja.
• Profundidad del yacimiento.
• Forma, tamaño y espesor del yacimiento.
• Cuerpo mineralizado masivo, tipo: pórfido, stockwork, o aquel que presenta mineralización continua.
• Propiedades geomecánicas del macizo rocoso.
• Impacto ambiental esperado con la explotación.

La complejidad e interdependencia se deben a los mismos grandes desafíos mencionados anteriormente: costos de extracción crecientes, leyes promedio de mineral bajando, exigencias medioambientales y mayor conciencia en seguridad y salud, los cuales requieren una rigurosa coordinación y administración.

Disposición Geométrica y Partes Constituyentes del Rajo Abierto

En la disposición geométrica de la operación a cielo abierto, nombre sus partes constituyentes y lo más relevante de cada una.

Las partes del rajo que contienen al equipo principal y sus operaciones son:

Bancos

Contienen la fase con los **bancos de trabajo**, los cuales deben albergar con flexibilidad todas las operaciones unitarias (perforación, tronadura, carguío y transporte). Una vez que la fase avanza, pasan a ser **inactivos**, cumpliendo su misión de mantener el rajo estable.

Caminos (Rutas de Transporte)

Contribuyen al transporte origen – destino. Para ello, deben tener una muy buena **mantención**, control del polvo y una gestión de su diseño que permita disponer de rutas de transporte productivas y de bajo costo.

Botaderos

Su ubicación debe ser cercana a los frentes de carguío, en un sector fuera del rajo final de infraestructura, con un **suelo competente** y con un mínimo impacto medioambiental.

Fases

Deben tener un diseño que permita aportar a la **rentabilidad** de la operación, basado en una optimización del rajo, con un ancho óptimo que facilite la extracción y con ángulos de estabilidad finales seguros y máximos.

Transición a Minería Subterránea

Requiere una planificación muy bien pensada, asegurando la **continuidad en la alimentación a planta** por ambas minas, con accesos seguros y control de tronadura y geotecnia que permitan una operación segura y productiva.

Gestión de Bancos

¿Cuál es la relación que liga al banco inactivo, de trabajo y banco cerrado? ¿Cómo se relacionan estos tipos de bancos con el método de explotación a cielo abierto y qué equilibrio debe tener un diseño de fases armónico?

El **banco inactivo** es el banco a línea de diseño que se deja una vez que baja la fase, y corresponde también a un **banco cerrado** dentro de este método de extracción. Ambos fueron parte del **banco de trabajo** una vez que se desarrolló la fase en ese nivel.

El método de explotación a banco abierto o cerrado significa, en el primer caso, que el banco activo puede diseñarse con un ancho tal que vehículos livianos puedan acceder con equipos de servicio, o dejarse como banco inactivo.

Un diseño de fases armónico deja solo un mínimo de bancos abiertos, debido a que estos bajan el ángulo talud de la pared con el consiguiente impacto económico en su extracción.

¿Qué requisitos debe cumplir el banco inactivo? ¿Son los mismos que cumple el banco cerrado? ¿Cuál es la mejor definición de banco de trabajo? Y ¿qué operaciones unitarias se llevan a cabo en este?

El banco inactivo debe cumplir los siguientes requisitos:

• Tener el ancho mínimo de acuerdo con el ángulo de estabilidad de la pared.
• Mantenerse siempre limpio para contribuir a una pared segura.
• Rellenar en caso de que alguna falla destruya su borde.

Sí, son los mismos requisitos que cumple el banco cerrado, ya que se refieren al mismo elemento.

El **banco de trabajo** es la fase activa en desarrollo con toda su actividad de extracción, en la que se realizan las operaciones unitarias de **perforación, tronadura, carguío y transporte** de los materiales a evacuar del rajo.

Con relación al ancho del banco de trabajo (activo), ¿qué rasgos permiten definir el banco óptimo, desde un punto de vista técnico, operacional y económico?

El ancho óptimo es aquel que permite condiciones de **carguío doble**, coexistiendo labores de perforación, tronadura y tráfico de camiones de manera productiva y segura. Debe permitir el radio de giro del camión más grande mientras la fase está activa en ese nivel, ya que una vez que pasa, este debe reducirse al ancho de banco (berma), ojalá cerrado de línea de diseño.

¿Qué determina el ancho del banco cerrado? ¿Por qué es siempre relevante diseñarlo? ¿Qué actividades se realizan en el banco abierto?

El ancho del banco cerrado se calcula en base al **ángulo cara banco** y al **ángulo global**, afectando directamente la estabilidad de la pared. Es relevante y siempre debe diseñarse porque permite sostener las paredes de la mina, evitando su colapso.

Las actividades que se realizan en el banco abierto son: perforación, tronadura, carguío, transporte, desagüe de rajo, construcción de berma de seguridad, cambio de alimentación, entre otras.

Gestión de Caminos y Rutas de Transporte

¿Qué criterios condicionan la construcción de rutas mineras y cuál de estos es determinante en su diseño?

Los criterios son: tipos de camiones (principalmente su peso), intensidad del tráfico, vida útil del camino, materiales de construcción disponibles y costos de mantención. El criterio determinante es el **tipo de camiones** (peso y tamaño) que circularán por el camino.

¿Por qué es tan importante controlar la resistencia a la rodadura en las rutas mineras? De las actividades de mantención de caminos, ¿cuáles se consideran más relevantes y por qué?

Es importante controlar la resistencia a la rodadura porque una mantención subestándar de los caminos provoca su aumento, produciendo defectos en las rutas, tales como: presencia de hoyos, surcos, material suelto (polvo y piedras), calaminas, grietas en la superficie y drenaje insuficiente. Si estos defectos se dejan desatendidos, pueden reducir la productividad en el transporte, impedir la operación segura y dañar los equipos, lo que redunda en **mayores costos de transporte**.

La **mantención constante de la carpeta de rodado** es muy relevante, ya sea renovando la capa superficial con material de empréstito, así como manteniendo las rutas libres de derrames y siempre lisas con trabajo constante de refino con motoniveladora, apoyando el trabajo los tractores neumáticos.

Explique el enfoque proactivo holístico y los beneficios que trae su aplicación en las rutas de transporte.

El enfoque **proactivo** se refiere a anticiparse a la falla de los caminos con una mantención oportuna y completa (rehabilitación). El enfoque **holístico** tiene relación con integrar aspectos como: intervalos de mantención, supresión de polvo con recursos disponibles y monitoreo permanente en tiempo real para elaborar la mejor estrategia de mantención.

Al aplicar estos enfoques se logran **economías visibles** en los costos de mantención, operación y construcción de nuevos caminos.

¿Qué aspectos deben considerarse al diseñar un camino minero? ¿Por qué?

Lo primero es la **seguridad**, seguido de la eficiencia y los costos. Para esto se aplican técnicas de diseño geométrico que abordan:

• Plano básico, eje central, puntos de visión y peraltes, los que inciden en: tipos de camiones, intensidad del tráfico, vida útil del camino, etc.
• Diseño estructural, que incluye el tipo de material requerido para su construcción, basado en la vida e intensidad de tráfico proyectados.
• Gestión de mantención óptima, dependiendo del tipo de camino y su uso.

Aspectos Operacionales y de Polvo

Aspecto Operacional: Revisión del equipo antes del turno, reglamento interno de conducción y tránsito, y preferencias de paso.

Polvo: Genera peligro para la seguridad (menor visibilidad), impacto ambiental y de salud, y aumento del costo de mantención. Los factores que influyen son: velocidad del viento y del tránsito, y material de la carpeta de rodado. Las soluciones incluyen: regular la velocidad, controlar el tránsito, riego y aplicación de material supresor.

Gestión de Lastre y Botaderos

¿Qué criterios principales deben tomarse en cuenta para la eliminación del recubrimiento de lastre y cuál es la técnica de descarga que ofrece mayores ventajas (enumere las ventajas y desventajas)?

Los criterios principales son:

1. Minimizar las distancias de transporte (perfiles de transporte) y, por consiguiente, los tiempos de ciclo.
2. Reducir al mínimo el impacto ambiental en el lugar de disposición.
3. Elegir la técnica de vaciado (ascendente o descendente) que sea más apropiada a la condición particular de la operación.
4. Que el botadero se encuentre fuera del rajo final.

Técnica Ascendente

• Ventajas:
  • Vaciado por capas, lo que permite mayor control geotécnico y del ángulo de reposo.
  • Mejor homogeneidad del material y mejor estabilidad final.
  • Permite la rehabilitación de capas.
  • Más control en el encapsulamiento por potencial generación de ácido.
  • Menos riesgo de falla en el borde cuando el camión descarga.
• Desventajas:
  • Mayor mantención con tractores.
  • Aumento de costos de mantención.

Técnica Descendente

• Ventajas:
  • Significativamente más barato que el vaciado ascendente.
  • Menor remanejo en la operación y rehabilitación.
• Desventajas:
  • Más potencial de crear zonas de distinta permeabilidad, causando erosión más pronunciada e inestabilidad.
  • La falta de homogeneidad en el tamaño de rocas fomenta la oxidación de sulfuros y, por lo tanto, el **drenaje ácido mina** (DAM).

¿Qué criterios técnicos principales deben considerarse en la localización del botadero?

Los criterios son:

• Impacto ambiental, para afectar al mínimo a la naturaleza y comunidades cercanas.
• Distancias de transporte, los que inciden fundamentalmente en los costos de transporte.
• Características del **suelo y subsuelo**, ya que el botadero debe ubicarse fuera de los límites del rajo final de infraestructura, donde no hay reserva económica y en suelo competente.

Planificación y Expansión del Rajo

¿Qué se debe tener en cuenta al planificar una fase y su geometría, y cuál es el elemento determinante?

Se deben considerar los costos de desarrollo, extracción, procesamiento y comercialización. Así como también, atendiendo a su geometría:

• La forma del cuerpo mineralizado.
• Objetivos financieros.
• Consideraciones geotécnicas.
• Los equipos mineros.
• Metas de producción y planificación a largo plazo.
• El método para expandir la pared, ya sea en forma secuencial o convencional.

El elemento determinante es que la fase debe estar dirigida a **maximizar el retorno financiero de la mina**.

¿Qué método de extracción de fases es el más usado en la minería nacional y por qué?

Se usa más el método por **fases secuenciales**, esto porque permite mayor flexibilidad en la extracción, permitiendo un mayor control sobre la planificación de la producción, la mezcla del mineral y la estabilidad de la pared.

Fases Secuenciales

• Ventajas:
  • Flexibilidad en la operación.
  • Mejor control sobre la planificación de producción y mezcla.
  • Mejor estabilidad.
• Desventajas:
  • Planificación más compleja.

Fases Convencionales

• Ventajas:
  • Simples de programar.
  • Permite más frentes de trabajo en la fase.
• Desventajas:
  • Menos flexibilidad en la programación y mezcla.
  • Mayor vulnerabilidad a problemas operacionales.

¿Por qué se siguen usando las convencionales?

El uso de fases convencionales es común tanto en operaciones a pequeña como a gran escala, teniendo la ventaja de una **programación más simple** y frentes de trabajo más amplios, que permiten posicionar más equipos de carguío y transporte en un mismo sector.

La tronadura de pre-corte se usa para lograr **taludes más suaves**, mejor definidos, produciendo menor daño a la pared. Se ubica en la línea final trasera de la fase, permitiendo un mayor control sobre el ángulo cara banco y quebradura, lo que mejora la estabilidad de la pared a largo plazo. Se puede usar indistintamente en fases secuenciales o convencionales logrando los resultados mencionados.

Transición a Minería Subterránea y Sistemas de Transporte

Transición a Minería Subterránea

Los factores determinantes para la transición son:

• Aumento significativo de los costos de transporte.
• Aumento de la razón lastre/mineral.
• Reducción de las leyes promedio.
• Extracción de la última fase de minería a cielo abierto no rentable.
• Cuerpo mineralizado en vertical.

Aspectos a considerar para la factibilidad:

Asegurar la **continuidad de la mineralización en profundidad**, con la certeza de sondajes que demuestren que el volumen y la ley son interesantes y que corresponden a un periodo de extracción que permita pagar toda la inversión realizada. También, la forma y características del cuerpo mineralizado que permitan aplicar métodos de **hundimiento de bloques**.

Consideraciones operacionales durante la transición:

• Continuidad operacional y de alimentación de tonelajes y leyes a planta, inicialmente de ambas minas.
• Superproducción para una transición suave.
• Ambas minas deben desarrollarse de manera segura, es decir, el rajo no debe verse afectado por subsidencia minera, por falla del talud o pilar corona, y en el caso de la mina subterránea por la tronadura.
• Separación de las rutas de transporte lo más posible.

Chancadores Semimóviles

¿Por qué los sistemas semi-móviles reducen la flexibilidad?

Por dos motivos principales: restringen el crecimiento del rajo en la pared en que se instalará el sistema, afectando el plan minero y la secuencia de extracción, y también impiden extraer la reserva bajo la ubicación de estas instalaciones, lo que también afecta el plan minero y la flexibilidad de la operación, aportando **rigidez**.

Aspectos a considerar para la viabilidad:

Regla general: producción sobre las **100.000 ton/d**, distancias de transporte sobre los **5 km**, elevación vertical sobre los **250 m** y duración en la posición de 7 a 8 años.

Ventajas:

Reducen significativamente las distancias de transporte de camiones y, en consecuencia: la flota de camiones, consumo de combustible, costos de mantenimiento de caminos y camiones, y mano de obra.

¿Qué aspectos resultan críticos en el estudio de ubicaciones de un chancador semimóvil en el rajo? y ¿qué se debe hacer para mitigar pérdidas?

Estos aspectos son:

• Pared en que se instalará y reserva bajo la instalación que quedará cautiva.
• Perfiles de transporte, desde la nueva posición a un baricentro de destino promedio.
• El plan minero existente y el que resultará con chancador y correas en el rajo, en términos de rentabilidad.

Para mitigar pérdidas, se debe ubicar en una posición tal en que las reservas en el subsuelo tengan **leyes menores** y en una pared que no esté en la secuencia de extracción crítica y esté programada a extraerse al menos 5 años después de la instalación.

Cambio de Posición:

En el estudio de cambio de posición de un chancador semi-móvil en el rajo, se analizan los perfiles de transporte desde la nueva posición a un **baricentro de destino promedio**, que concentra el mayor movimiento de material durante el periodo en que el chancador estará en esa posición. Se analizan al menos 3 posiciones y la que resulta con los perfiles más cortos se selecciona como la nueva ubicación.

Gestión de Flota y Excelencia Operacional

Asignación Pala-Camión

Objetivo del sistema de asignación: Reducir el tiempo de cola, control de gestión de operaciones y asignación en tiempo real para maximizar las operaciones.

El sistema de asignación dinámica se compone de varios subsistemas:

Subsistema Mejor Ruta

Calcula el tiempo mínimo de un nodo a otro, basado en un algoritmo. Su justificación en la búsqueda del óptimo está en determinar el **menor tiempo de transporte**, considerando un conjunto de rutas.

Subsistema Programación Lineal

Calcula la razón de alimentación que minimiza el total de camiones requeridos para cubrir las necesidades de palas, sujeto a las restricciones de la mina. Su justificación en la búsqueda del óptimo está en la revisión de cambios importantes en las variables de tiempo para **minimizar las necesidades de camiones**, contribuyendo a las asignaciones óptimas de equipos.

Subsistema Programación Dinámica

Realiza la asignación en **tiempo real**, basado en disponibilidad de equipos, flujos de alimentación (puntos de carga y descarga), prioridad de palas y distancias de transporte. Su justificación en la búsqueda del óptimo está en establecer las necesidades de camiones óptimos sobre la base de los que requerirán asignación de carguío o bien puedan variar dependiendo de las condiciones del momento.

¿Qué labores considera la mantención habitual de un sistema de asignación dinámica pala-camión y cuál es el principal aporte en la gestión del Jefe de Turno Operaciones mina?

Entre estas labores de mantención están:

• Movimiento de las balizas sensores que detectan el paso de los camiones, cada vez que se actualizan las rutas de transporte.
• Actualización de tiempos de maniobras en el frente de carguío y botaderos ante cambios en las condiciones de operación.
• Actualización de los tiempos de carguío.
• Calibración general del sistema, mantención y/o cambio de balizas u otro equipo.

El Jefe de Turno recibe información de la producción, tiempos y equipos mineros en **tiempo real** durante el turno, lo que contribuye a una toma de decisiones correcta, permitiéndole anticiparse a los hechos y resolver rápidamente problemas de la operación.

Relevancia Operacional: El operador debe activar la consola de despacho cada vez que haga algún movimiento, evitar las instrucciones verbales y los camiones detenidos.

Optimización y Excelencia Operacional

Flexibilidad Operacional:

• Dejar sectores de contingencia preparados para la extracción.
• Contar con equipos adicionales.
• Al aumentar la flexibilidad operacional se compensa la falta de confiabilidad del plan minero y minimiza el riesgo.

Maximizar Adherencia al Plan Minero Presupuestado:

• Incluir la **variabilidad operacional** en el cálculo de los programas de producción para estimar su confiabilidad.
• Medir las desviaciones operacionales y establecer **KPI** para acotarlas y gestionarlas.
• Usar aplicaciones de simulación como SimPlan para simular programas de producción.

Aplicación de Modelo de Optimización Estocástico:

• Representar las variables críticas por medio de **distribuciones de probabilidad**.
• A través de este modelo, determinar la forma de extraer los bloques de mineral y estéril, de tal manera de **maximizar el beneficio**, minimizando el riesgo e incertidumbre.

La Innovación Incorporando Nuevas Tecnologías:

• Disminución de tiempos y velocidad de entrega de información clave (ej. levantamiento de frentes de extracción con drones).
• Optimizar la eficiencia y productividad usando el **aprendizaje automático**, la robótica e **inteligencia artificial (IA)**.

Creación de una Cultura de Excelencia Operacional (EO):

La excelencia en las actividades de una empresa es hacer bien las cosas y hacerlas bien todo el tiempo, buscando la óptima calidad desde la primera vez. Se busca usar la capacidad total de la empresa (procesos, tecnología y talento humano) para implementar estrategias de optimización que garanticen la efectividad de las operaciones, para el éxito del negocio.

Metodologías que Soportan la Excelencia Operacional (EO)

Teoría de las Restricciones

Para la eliminación de **cuellos de botella**, es decir, elementos críticos de una cadena productiva que, si fallan o reducen su capacidad, constituyen una obstrucción a un proceso.

Six Sigma

Para la **reducción de defectos** de procesos a través de los pasos Definir, Medir, Analizar, Mejorar y Controlar.

Lean

Enfocado en la **eliminación del desperdicio**. Incide sobre la sobreproducción, esperas, transporte, inventarios, desperdicios de procesos y subutilización de equipos y empleados.

Ciclo de Mejoramiento Continuo de Deming (PDCA)

Filosofía para optimizar y aumentar la calidad de un producto, servicio o incluso un proceso.

Explique una de las formas más usadas por las operaciones mineras en Chile para maximizar la adherencia al plan minero presupuestado.

Una técnica de gran ayuda para lograr este propósito es la confección de **planes pronóstico de producción mensuales**, que permiten ajustar y visualizar brechas en el año. Estos planes pronósticos permiten corregir las desviaciones que puedan poner en riesgo el presupuesto de producción anual, tomando medidas de control a tiempo que garanticen su cumplimiento.

En Teoría de las Restricciones, ¿los almacenes son una buena solución para la gestión de la producción? ¿Qué implicaciones empresariales puede tener un inventario alto?

El almacenamiento de producto jamás es una buena opción, puesto que grandes inventarios ocultan grandes problemas de producción. Es decir, si ocurre una falla en el sistema, no se visualiza inmediatamente para corregirla debido al colchón de inventario. Las empresas deben tener la menor cantidad de inventario y trabajar conforme a la demanda, no al ritmo de producción; el sistema debe ser flexible para adaptarse a la demanda.

De los factores clave para optimizar una operación minera, explique y fundamente en detalles, cuál considera el análisis de riesgo minero y cómo lo resuelve. Además, de las 4 metodologías asociadas a uno de estos factores clave, ¿cuál o cuáles contribuyen a disminuir la variabilidad y por qué?

El **análisis de riesgo minero** se aborda mediante la aplicación de un **modelo de simulación estocástico** usando la programación estocástica. Esta es una técnica que se utiliza en escenarios de incertidumbre que generan riesgo, en torno a la geología, el mercado y los precios. En estos casos se usan distribuciones de probabilidad y modelos de optimización que permiten **controlar el riesgo** y maximizar los beneficios del negocio minero.

De las metodologías asociadas al factor de optimización (crear una cultura de Excelencia Operacional), las que controlan directamente la **variabilidad de los procesos** son:

• Six Sigma: Permite reducir brechas en los indicadores clave de desempeño de los procesos.
• Mejoramiento Continuo (Ciclo de Deming): Se enfoca en la optimización constante de la calidad.

En el caso de la Teoría de las Restricciones y Lean, estas contribuyen principalmente a la **productividad**.