Por: Raúl Surichaqui García y Pedro Escudero Jaimes, Compañía de Minas Buenaventura.

Resumen

El presente trabajo técnico muestra el planeamiento e implementación de la primera mina en el Perú en aplicar el método innovador Underhand Dift and Fill (UDF) en la unidad minera San Gabriel de Compañía de Minas Buenaventura, donde detallaremos desde la etapa de generación de envolvente económica, diseño, secuenciamiento y análisis de sensibilidad. Para ello, se está aplicando los pasos del Life Of Asset (LOA) para poder apreciar el potencial de la mina, ya que este método de minado se aplicará al 100%, debido a la mala calidad del macizo rocoso presente en el yacimiento como en la roca encajonante.

Asimismo, este trabajo muestra las características principales que se consideró para realizar el plan de mina con los parámetros del UDF. Para ello, se ha utilizado un software de última tecnología que nos ofrece el mercado, como la herramienta Psudoflow – Cascade para clasificar de manera exacta las reservas de mina en base al costo de oportunidad, envolvente económica, equipos, secuenciamiento y restricciones operativas. Por consiguiente, también se ha utilizado el Apex para poder obtener la mejor ruta financiera y generar el mejor VAN para recuperar la inversión en el menor tiempo.

La importancia de este trabajo cimienta las bases del UDF en el Perú. El cual servirá como primera experiencia para después implementar en muchas unidades que presenten los mismos retos que San Gabriel (presencia de roca de mala calidad en la caja techo-piso y mineral).

Palabras clave: Life Of Asset, Underhand Drift and Fill, calidad, macizo rocoso. 

Introducción

San Gabriel es un proyecto de minería subterránea de oro y plata descubierto por Buenaventura, se ubica en el distrito de Ichuña, provincia de Sánchez Cerro, región Moquegua.

Uno de los principales retos que presenta es la calidad del macizo rocoso. De acuerdo con los últimos taladros, el 99% de la roca es de baja competencia (<35RMR), lo cual está presente dentro de la estructura mineralizada como en la roca encajonante. He ahí la importancia de desarrollar un método de minado que garantice la seguridad de los trabajadores, viabilidad del proyecto y sostenibilidad en el tiempo.

El método de explotación Underhand Drift and Fill resulta ser una excelente oportunidad para minar este tipo de yacimientos. El UDF viene siendo aplicado por más de 20 años en unidades mineras de Nevada – Montana (USA) tales como: Rain Mine, Turquoise Ridge, Carlin East, Chukar, Rodeo, Meikle, Jerrit Canyon, Cortez, Stillwater, entre otras. Para asegurar el éxito de la implementación, se ha adquirido la asesoría de Underground Mining Consulting and Development (US&I), que cuenta con expertos del método en USA.

Por ende, San Gabriel será la primera mina en el Perú en aplicar este método al 100%. Siendo la pionera en adaptar esta metodología a la realidad peruana, lo que sentará las bases del UDF en el país para poder minar otros yacimientos con similares características (roca de baja competencia).

Objetivos

Establecer el proceso del Life Of Asset para la unidad minera San Gabriel a través del método innovador Underhand Drift and Fill.

Comparar las metas físicas de los escenarios generados: Low Case, Base Case y High Case para identificar oportunidades en la preparación, desarrollo y producción de la mina.

Compilación de datos y desarrollo del trabajo

Para iniciar con el proceso del LOA es importante escoger el método de minado acorde a las características propias del yacimiento. Para ello, vamos a utilizar la metodología de Nicholas, que abarca tres pilares fundamentales para el análisis, tales como: geometría del yacimiento, condiciones geomecánicas y costo de operación.

Asimismo, en el proceso del LOA es importante seguir un mapa de procesos que nos permita tener un estándar establecido. En la Figura 1, se muestra cuatro grandes pasos para poder máxima el plan de mina.

Primer Cut Off Análisis 

Para la envolvente económica es importante definir nuestros costos variables con el fin de poder maximizar las reservas del yacimiento.

a)Cut Off Incremental ($/t).- Comprende los costos variables de mina, procesamiento, transporte, suministros, combustibles y servicios de los contratistas.

Cut Off Incremental = Costos Variables

b) Cut Off Operativo ($/t). - Comprende los costos variables más los costos fijos. Esto incluye los costos de extracción, planta y administrativos.

Cut Off Operativo

= Costos Variables

+ Costos Fijos

c) Cut Off Económico ($/t). - Comprende el Cut Off Operativo adicionando el Sustaining Capex de la mina, planta, relaves, exploración local y otros que garanticen la sostenibilidad de la operación. No incluye el gasto de capital del desarrollo primario-infraestructura (esto se incluirá más adelante).

Cut Off Económico

= Costos Variables

+ Costos Fijos

+ Sustaining Capex

Con esta información podremos correr la envolvente económica (stopes). Para ello, vamos a utilizar la herramienta Stop Optimizer (SO) de Deswik. Como Cut Off utilizaremos el “Incremental” con un 15% menos para poder tener mayor universo de stopes (el cual nos servirá para poder realizar sensibilizaciones en base al precio, ley, costos, etc.).

Una vez generados nuestros tajos aplicaremos los factores modificadores para poder obtener los valores finales de los tajos minables. Para ello, utilizaremos un diagrama de proceso (Process Map) en Deswik, lo que nos garantiza el orden correcto de aplicación de cada variable.

En el paso 1.2 de la Figura 2 es donde generamos la envolvente económica (stope) con el SO, para ello hemos utilizado 15% menos del Cut Off Incremental.

Es importante precisar las características esenciales del método Underhand Drift and Fill, el cual es un método descendente con relleno cementado.

El primer nivel por minar será el Top Cut, el cual por restricciones geomecánicas, debido a la mala calidad del macizo rocoso, solo nos permite minar secciones de 4.0 x 4.5 con longitud de 2.5 m. Una vez rellenado este nivel con material cementado podemos minar el primer Under Cut con secciones de 6.0 x 4.5 con longitud de 3.5 m (esto debido a que la corona ya se encuentra estable por el relleno cementado y no estamos en contacto con la roca de mala calidad).

En la Figura 4, se muestra las secciones que debe tener cada stope, ya sea Top Cut o Under Cut. Es lo que debe generar el SO en cada nivel.

En el paso 2.1 de la Figura 2 es donde ingresamos al sofware los factores modificadores que serán una constante en el cálculo de reservas como recuperación minera, valor punto, Cut Off, recuperación metalúrgica, etc. En el paso 3 de esta figura, lo que hacemos es interrogar el modelo de bloques alcanzado por el área de Geología, donde se transfiere la información como ley, densidad, volumen, toneladas, etc., del modelo de bloques hacia los stopes.

En el paso 3.1 de la Figura 5 clasificamos cada envolvente en base a la regla 80/20, lo cual hace referencia que dentro de un stope, si posee mayor del 80% de los recursos medidos, se le considerará como reservas probadas, si es más del 80% corresponde a los recursos inferidos, se le considerará como reservas probables, caso contrario se le denominara potencial económico, el cual hace referencia a los inferidos.

En el paso 3.2 de la Figura 5 calcularemos las leyes in situ, es decir, las leyes sin dilución en cada envolvente económica. Lo cual nos servirá más adelante para obtener la dilución.

En el paso 3.3 calcularemos la dilución presente en cada stope. Aquí lo interesante en el método UDF es que manejaremos seis tipos de dilución. En los Top Cut encontraremos tres y en los Under Cut otros tres tipos.

En la Tabla 1, se muestra el detalle de la dilución, donde se observa que el Top Cut – Panel 1 la dilución es 0%, porque al ser la primera galería en correr en mineral (yacimiento tipo manto) el hastial derecho, izquierdo y corona, si existiese alguna sobrerrotura no se diluiría el mineral, debido a que seguiría siendo mineral. Una vez que se mine en su totalidad procedemos a rellenar con material cementado (CRF-7%).

Luego minaríamos los paneles secundarios (color amarillo – Figura 6), en el cual si existirá dilución del mineral por el relleno CRF. Siguiendo las buenas prácticas de Nevada (USA), en una labor que corramos por cada cara de contacto con el relleno cementado en la galería, se le adiciona 5% de dilución ya sea en el Top Cut o Under Cut.

En la Figura 7 procedemos a clasificar cada stope acorde al valor de mineral (NSR). En la Tabla 2, se muestra los valores a utilizar para el método UDF, donde a los stopes que no puedan pasar el Cut Off Incremental se le asignará un atributo (EcoTons) con el valor de “0”, el cual estará clasificado en los Tajos No Económicos. Si en caso el stope llegase a pasar el Cut Off Incremental, pero no el Cut Off Operativo, se le asignara un valor de “1” en el atributo en el EcoTons, el cual correspondería al grupo de los Tajos Incrementales. Asimismo, si un tajo llegase a pasar el Cut Off Operativo, pero no el Cut Off Económico, se le asignará un calor de “2” en el EcoTons, lo que hace referencia al grupo de Tajos Operativos. Por consiguiente, si el stope llegase a superar el Cut Off Económico se le asignará el valor de “3” en el EcoTons, lo que representa al grupo de Tajos Económicos.

En la Figura 8, se muestra el 5 paso para calcular la cantidad de finos. Para ello, es importante tener en cuenta los dominios de carbón orgánico presentes en el yacimiento a través de los horizontes identificados con las últimas perforaciones.

En la Tabla 2 se muestran los siete dominios de carbón orgánico. Donde las zonas A1, A2 y A3 (Gramadal) poseen mayor recuperación, mientras que la zona A4 (Labra) posee menor recuperación, con respecto al anterior grupo. Asimismo, las áreas B1, B2 y B3 poseen menor recuperación metalúrgica que las demás zonas presentadas. A causa de estos dominios en las fronteras de cada horizonte de carbón orgánico, existe una menor capacidad de encontrar stopes donde se mezclan dos o más dominios. Es por ello, que hemos agregado un campo más: Mixto, el cual nos ayudará a tener mapeada esta zona en contacto de cada dominio.

Con este ejercicio podemos definir el preinventario de reservas, el cual servirá como base para el cálculo definitivo.

Diseño y secuenciamiento

En esta parte procedemos a realizar el diseño de mina en base a los stopes clasificados por EcoTons. En la Figura 9, se observa que los ejes principales de cada tajo están iniciando en la categoría “3” de la leyenda EcoTons (Rojo), el cual hace referencia a todos los tajos que superan el Cut Off Económico, ello nos garantiza el costo de oportunidad para cada nivel. De esta manera, el diseño de la mina será robusto ante posibles cambios en cuanto a los factores modificadores, ya sea cambio de precio, recuperación, dilución, etc. Ya que al superar el Cut Off Económico, existe un margen amplio para que en cualquier escenario siga siendo económicamente pagable.

Una vez realizado el diseño de la mina, procedemos a atributar características importantes para el reporte y generar dependencias para la correcta lógica de minado. Esto es importante para el secuenciamieno de mina, que nos dará valores precisos acorde a las características del método UDF y ratios de producción aplicados. En la Figura 10, se muestra como estas dependencias restringen y dan un orden adecuado para minar el yacimiento. Es importante precisar que en el método UDF se debe dejar un pilar que sea dos veces como mínimo, la abertura del panel primario. Es decir, si el ancho del primer panel es 4 m, entonces el pilar a dejar será 8 m para los Top Cut. Ahora en los Under Cut el ancho del primer nivel será de 6 m, para lo cual se tendrá que considerar un pilar que sea dos veces la abertura del primer panel, en este caso sería un pilar de 12 metros.

La secuencia de minado será representada en un diagrama de Gantt. Para ello, utilizaremos el Sched de Deswik para tener mapeadas todas las labores, a las que se aplicará los recursos y ratios para minar el yacimiento. En la Figura 11, es importante precisar que la duración de la ejecución de cada labor está en función al ratio de avance por tipo de roca.

Segundo Cut Off Análisis 

En esta fase aplicaremos el segundo Cut Off Análisis, utilizando dos herramientas innovadoras para determinar que tajos son reserva y cuáles no. En una primera instancia usaremos la metodología de Pseudoflow, que tendrá en cuenta el costo de oportunidad que se va a tener en cada corrida. Pseudoflow es la herramienta principal que nos dará el número final del Inventario de Reservas en base al valor de mineral, Cut Off y diseño de mina. Por ende, es importante que la secuencia de minado esté bien ejecutada en el Sched para tener un número correcto. Es por ello, que el diseño de mina es una etapa muy importante en este proceso, ya que si el diseño no fuera óptimo podríamos desestimar zonas con potencial económico que sin duda aportarán al valor de la mina. He ahí cuán importante es tener un diseño óptimo, ya que Pseudoflow se basará en el diseño para poder minar los tajos secuenciados.

En una segunda parte utilizaremos la herramienta Cascade para poder sensibilizar el proyecto y generar escenarios que nos permitirán ver el potencial del yacimiento, oportunidades y riesgos a lo largo de la cadena de valor.

En la Figura 12 se observa el diseño que se realizó en base al EcoTons (primer Cut Off Análisis), el cual nos ayudó a tener nuestro preinventario de reservas, donde todos los tajos interrogados y procesados no necesariamente serán reserva, debido a su ubicación espacial y cantidad de preparación y desarrollo que se tiene que ejecutar para poder minar una tonelada de mineral. He ahí la debilidad de solo analizar tajos, ya que no se tiene en cuenta la cantidad de preparación y secuencia de minado. Es por ello, que se requiere si o si realizar el segundo Cut Off Análisis soportado por con Pseudoflow – Cascade.

En la Figura 13, una vez corrido el Psudoflow se puede discriminar que es reserva y que no, ya que esta herramienta tiene en cuenta el costo de oportunidad, secuencia de minado y la cantidad de preparación y desarrollo a ejecutar. Por ende, los tajos y preparación que están pintadas de color plomo no pueden ser reservas en base a los factores modificadores ingresados en la corrida. Con ello, obtendremos el número final del inventario de reservas.

Plan estratégico

Una vez ya definida nuestro inventario de reserva en los pasos anteriores, procedemos a realizar la mejor secuencia de minado, para ello vamos a utilizar una herramienta muy importante que nos ayudará tener la mejor ruta financiera: Apex. En la Figura 14, se observa el flujograma que vamos a seguir para poder obtener el detalle de los niveles que vamos a minar en los primeros años y cuál será la mejor estrategia en cuanto a preparación y desarrollo, para tener una mina preparada. De esta manera, se garantiza una producción sostenible y segura.

Como primer paso lo que vamos a hacer es exportar del Deswik – Sched el inventario de reservas y la secuencia de minado hacia el Apex, el cual es el optimizador más reciente que ha salido al mercado y genera en promedio un 30% más de valor frente a otros optimizadores tradicionales. El Apex lo que hará es generar la mejor ruta financiera para poder tener el mayor VAN y recuperar la inversión en el menor tiempo posible. Esta mejor ruta financiera será exportada de Apex e importada nuevamente a Deswik – Sched, donde ingresaremos recursos (equipos), restricciones operativas y metas físicas. De esta manera, el plan que se produzca será la mejor opción para minar el yacimiento.

Presentación y discusión de resultados

Cuando aplicamos el método de Nicholas para escoger el método de minado, se evidencia que la mejor opción para San Gabriel es el corte con relleno cementado. Esto más que nada limitado por las características de la roca encajonante y el mineral que poseen baja competencia en el macizo rocoso. En la Figura 15, se observa el ranking de los métodos tratados donde se recomienda utilizar el Underhand Drif and Fill o el Overhand Drift and Fill.

Asimismo, en la Figura 16, para seguir optimizando el método, se realiza el Trade Off entre el UDF (descendente) vs ODF (ascendente), para lo cual como primer análisis se utiliza la simulación en el software RS2 con el fin de obtener el factor de seguridad. Como se muestra en la figura, el UDF en promedio posee un F.S. = 1.48, mientras que el ODF posee un F.S. = 1.04., siendo así el método más seguro el UDF.

Seguidamente, se realiza el análisis por sostenimiento, que muestra que el UDF en cuanto a shotcrete y pernos tiene un menor consumo a diferencia que el ODF, esto debido al valor ganado al momento de ingresar al primer Under Cut, donde no se sostiene la corona, debido a que ya se encuentra seguro por el relleno cementado CRF; mientras que en el ODF siempre va a sostener la corona al ser un método ascendente como se muestra en la Figura 17.

En cuanto a productividad el UDF es equivalente a dos veces más la producción del ODF. Esto debido al valor ganado en el Under Cut, donde tenemos secciones de 6.0 x 4.5 y longitud de 3.50 por contar con condiciones más seguras con una corona estable de relleno cementado. Mientras que el ODF en todos sus cortes (ascendentes), siempre tendrá una corona con poca competencia, lo cual restringe a solo tener secciones de 4.0 x 4.5 y longitud de 2.50 por recomendación geomecánica. Como se muestra en la Figura 18, el UDF muestra una productividad exponencial en el primer Under Cut, mientras que en el ODF el incremento es lineal.

En la Figura 19, se muestra que con estos tres factores analizados, el UDF es más seguro, más productivo y de menor costo que el ODF, generando así un mayor valor al yacimiento para generar la envolvente económica con el Stope Optimizar – Deswik.

Para poder apreciar el potencial de la unidad minera San Gabriel, con la herramienta Cascade (Deswik – Sched), procedemos a sensibilizar las reservas y apreciar cuan robusta puede ser ante los diferentes escenarios. Cabe resalta que al sensibilizar con Cascade, también se tiene en cuenta la lógica de minado, los recursos, Pseudoflow y prioridades de minado (Apex); es por ello, que la curva no es simétrica, sino que está precedida por los factores mencionados anteriormente. En la Figura 20, se muestra un diagrama de doble entrada de producción VS NSR ($/t). En base a nuestro Cut Off Dinámico (EcoTons) podremos escoger tres escenarios importantes para poder analizar los riesgos en la cadena de valor, a los cuales denominaremos Low Case, Base Case y High Case. Asimismo, a medida que vamos aumentado el Cut Off Level, se va incrementando el NSR y, por ende, las reservas van disminuyendo. Además, existe una caída del valor de NSR de 10 $/t en la frontera del Cut Off Level de 95 $/t a 115 $/t, lo cual nos indica una notable pérdida de valor en una longitud pequeña de hito (sensibilización). He aquí la importancia de definir, acorde a la política de la empresa, cómo gestionar los recursos en base a la estrategia corporativa.

En la Figura 21, se evidencia que a medida que se incrementa el Cut Off Level, se reduce el tonelaje, pero se incrementa la ley. Al igual que el NSR existe una notable diferencia de pérdida de ley en la frontera del Cut Off Level de 95 $/t a 115 $/t. La diferencia existente es de Au 0.17g/t, saliendo del promedio de Au 0.07g/t, que tienen los demás hitos hasta una considerable pérdida de tonelaje. A partir de Cut Off Level de 165 $/t existe una ruptura del promedio y los números tanto para ley y tonelaje son asimétricos al promedio. Aquí es donde hablamos de una pérdida de valor en tan corto tiempo. Este hito es importante de tener en cuenta para no perder valor cuando estemos en producción de máxima capacidad, es decir, es la frontera que nos indica que a partir de ahí hacia atrás debemos manejar todos los escenarios posibles, posterior a ello estamos hablando de una pérdida de valor de las reservas, sin opción a tomar mejores decisiones para el plan de mina.

En la Figura 22, se muestra la producción vs la cantidad de preparación y desarrollo (m), donde se observa que existe una tendencia lineal a seguir creciendo, pero el valor de mineral ($/t) en el Low Case no tiene el mismo impacto. Es decir, se requiere mayor metraje para minar y el beneficio por ese metraje extra no es tan atractivo.

Asimismo, en cuando a la producción vs finos Au-oz producidos para el Low Case no llega a incrementarse considerablemente. Por lo que el Cut Off Level de 115 $/t tiende a ser un escenario con más oportunidades para ser el hito inicial para todos los escenarios.

Considerando que el Cut Off Level de 115 $/t como hito base, procedemos a ingresar los tajos con potencial económico, que son aquellos recursos que provienen del inferido, pero que han sido tratados con los mismos factores modificadores que los medidos e indicados. Con ello, lo que hacemos es definir el Sky Blue de la mina, es decir, es el mineral a largo plazo para incrementar su certeza con la exploración y seguir incrementando las reservas. De esta forma, incrementamos a tres millones de toneladas la producción. En la secuencia de minado este mineral estará al final de la vida de la mina, dando oportunidad a incrementar su certeza, lo que equivale a 1.63 millones de onzas (Au) como oportunidad en los próximos años. De esta manera, podemos gestionar mejor la dirección de los taladros de perforación DDH.

En la Figura 25, se muestra el ratio de preparación y desarrollo del UDF en comparación con uno de los métodos más conocidos en el Perú (Sub Level Stoping - SLS). Se evidencia que para minar 1,000 t de minera solo se requiere 5.12 m de preparación y desarrollo en UDF. Mientras tanto que en el Sub Level Stoping en vetas, el ratio de preparación y desarrollo es de 24.91 m para minar 1,000 t. Esto demuestra que el UDF tiene un bajo costo en cuanto a preparación y desarrollo.

Asimismo, en comparación con el método Sub Level Stoping aplicado a cuerpos, donde su principal característica es el minado a gran escala, se evidencia que el UDF sigue teniendo menor ratio de preparación y desarrollo. Una de las principales características del UDF es su alta selectividad y menor ratio de preparación, lo que es importante para tener una mina preparada en el menor tiempo posible y con menor metraje.

Conclusiones

1. El LOA por excelencia nos muestra múltiples escenarios que nos permiten ver cuán robusta puede llegar a ser una mina. Ya que identifica los posibles riesgos al momento de realizar la secuencia.

2. Pseudflow – Cascade es la herramienta más exacta para diferenciar que es mineral económico y que no es, considerando el costo de oportunidad, ya que toma en cuenta parámetros de costo, equipo, tipo de roca, valor de mineral e infraestructura para poder realizar la optimización en cada interacción del Cut Off Level (sensibilización).

3. El ratio de preparación y desarrollo del UDF es menor frente a los métodos tradicionales en el Perú, lo que es una ventaja enorme, ya que nos garantiza tener una mina preparada en el menor tiempo. He ahí uno de los puntos a resaltar de este método innovador en el país.

Bibliografía

Seymour, J.B., L.A. Martin, C.C. Clark, D.R. Tesarik, and M.A. Stepan. 2013. An analysis of recent MSHA accident data for underground metal mines using backfill. SME Annual Meeting, Feb 24– 27, 2013, Denver, CO: Society for Mining, Metallurgy, & Exploration, Preprint No. 13-061, p. 9-10.

Stone, D.M.R. 2007. Factors that affect cemented rockfill quality in Nevada mines. In Proceedings of the Ninth International Symposium on Mining with Backfill (Minefill 2007), Montreal, Quebec, Canada, 29 April – 3 May 2007, eds. F. Hassani et al., Paper No. 2539, p. 14-15.

Tesarik, D.R., J.B. Seymour, L.A. Martin, and F.M. Jones. 2007. Numeric model of cemented rockfill span test at the Turquoise Ridge Mine, Golconda, Nevada, USA. In Proceedings of the Ninth International Symposium on Mining with Backfill (Minefill 2007), Montreal, Quebec, Canada, 29 April – 3 May 2007, eds. F. Hassani et al., Paper No. 2512, p. 8-9.

Tesarik, D.R., Seymour, T.R. Yanske. 1995. Stability analysis of a backfilled room-and-pillar mine. U.S. Bureau of Mines, Report of Investigations 9565, p. 20-21.

Warren, S.N., M.J. Raffaldi, K.K. Dehn, J.B. Seymour, L.A. Sandbak, and J. Armstrong. 2018. Estimating the unconfined compressive strength (UCS) of emplaced cemented rockfill (CRF) from QA/QC cylinder strengths. SME Annual Meeting, Feb 25 – 28, 2018, Minneapolis, MN, Society for Mining, Metallurgy & Exploration, Preprint 18-031,p. 11-12.

Wickens, J.D.V. and B.J. Snyman. 2017. Cemented aggregate fill test work. In Proceedings of the 12th International Symposium on Mining with Backfill (Minefill 2017), Denver, Colorado, 19 – 22 Feb 2017, eds. D. Stone et al., Paper No. SYM2017-0304, p.9-10.