Evaluación económica bajo un modelo probabilístico de diseño de estabilidad de pilares para reducir el riesgo y optimizar la rentabilidad de una mina subterránea

Abstract

Los desafíos que enmarca la ingeniería en minas subterráneas son de suma importancia a tomar en cuenta, dada por su complejidad de extracción y su rentabilidad acotada por distintos factores económicos, de riesgo y operacionales. Uno de los métodos de minado aplicados a yacimientos de oro con gran interés de desarrollo es el de cámaras y pilares, ya que nos permite profundizar en la mejora de su rentabilidad, aumento de recuperación y reducción de valor de riesgo. Para alcanzar maximizar el valor de la operación para este tipo de infraestructura minera, el presente proyecto de estudio plantea una metodología de evaluación del caso de estudio, análisis de probabilidad de falla, creación de modelos técnico-financieros y la determinación de parámetros de diseño y recuperación que permita obtener la mayor rentabilidad a menor riesgo. Actualmente, la unidad productiva ejecuta actividades de explotación a una profundidad de 700 m con anchos de pilar de 3.6 m, un ancho de cámara de 4.4 m, un área tributaria de 8 m x 8 m, recuperación del pilar del 80% y un ritmo de producción de producción del 300 ton/día. Asimismo, el macizo rocoso es principalmente de roca dura del tipo volcánica con un UCS promedio de 145 MPa, un esfuerzo vertical de 19 MPa y un factor de seguridad promedio de 1.48. Dentro de la metodología se desarrollan distintos escenarios de anchos de pilar y distintos tiempos de exposición en años para poder entender el comportamiento de la probabilidad de falla del pilar, tanto en función del tiempo como en función del ancho del pilar. Se obtuvo que, para cierto periodo de tiempo, por un lado, a menor ancho de pilar la probabilidad de falla es muy alta (30 – 70%), la cual posee, a su vez, un alto nivel de variabilidad e influye en el valor de riesgo; mientras que, para un ancho de pilar mayor, la probabilidad de que falle es muy baja (0 – 15%) y en consecuencia posee menor variabilidad en comparación al otro caso. En base a lo anterior, se construyó un modelo técnico-financiero, mediante un código abierto, con la información de estabilidad geomecánica, valorización de un proyecto y la valoración de riesgo con el fin de obtener representaciones gráficas de las tendencias de los parámetros de diseño (ancho de pilar y ancho de la cámara) con respecto al valor de un proyecto. Como resultados se evidenció que a menor ancho de pilar se obtiene mejor balance de valor de proyecto, valor de riesgo, máxima recuperación, así como el menor tonelaje y el valor dejado por no llegar a minarlo. Se determinaron, en función a lo anterior, que los anchos de pilar a escoger serían de 3.3 m y de 3.5 m, sin embargo, se consideró el mínimo FS requerido en este tipo de operaciones (1.3) y un menor coeficiente de variación, por lo que, se escogió un ancho de pilar igual a 3.4 m, alcanzando una ganancia mínima de 24.4 MM$, una recuperación de 82%, bajo una confiabilidad del 95%.

The challenges of underground mine engineering are extremely important to take into account, given the complexity of extraction and its profitability, which is limited by different economic and operational factors. One of the mining methods applied to gold deposits with great development interest is that of chambers and pillars, as it allows us to improve its profitability and reduction of risk value. In order to maximise the value of the operation for this type of mining infrastructure, this study project proposes a methodology for evaluating the case study, failure probability analysis, the creation of technical-financial models and the determination of design and recovery parameters to obtain the highest profitability at the lowest risk. Currently, the production unit is mining at a depth of 700 m with pillar widths of 3.6 m, a chamber width of 4.4 m, a tributary area of 8 m x 8 m, 80% pillar recovery and a production rate of 300 tonnes/day. Also, the rock mass is mainly volcanic hard rock with an average UCS of 145 MPa, a vertical stress of 19 MPa and an average factor of safety of 1.48. Within the methodology, different scenarios of pillar widths and different exposure times in years are developed in order to understand the behaviour of the probability of pillar failure, both as a function of time and as a function of pillar width. It was obtained that, for a certain period of time, on the one hand, the smaller the column width, the probability of failure is very high (30 - 70%), which in turn has a high level of variability and influences the risk value; while, for a larger column width, the probability of failure is very low (0 - 15%) and consequently has less variability compared to the other case. Based on the above, a technical-financial model was built, using an open source code, with information on geomechanical stability, project value and risk assessment in order to obtain graphical representations of the trends of the design parameters (pillar width and chamber width) with respect to the value of a project. The results showed that the smaller the pillar width, the better the balance of project value, risk value, maximum recovery, as well as the lower the tonnage and the value left for not mining it. Based on the above, it was determined that the pillar widths to be chosen would be 3.3 m and 3.5 m, however, the minimum FS required in this type of operation (1.3) and a lower coefficient of variation were considered, so a pillar width equal to 3.4 m was chosen, achieving a minimum profit of 24.4 MM$, a recovery of 82%, with a reliability of 95%.

Les défis de l'ingénierie des mines souterraines sont de la plus haute importance, étant donné la complexité de l'extraction et sa rentabilité, qui est limitée par différents facteurs économiques, de risque et opérationnels. L'une des méthodes d'exploitation appliquées aux gisements d'or présentant un grand intérêt pour le développement est celle des chambres et des piliers, car elle permet d'améliorer la rentabilité, d'augmenter la récupération et de réduire la valeur du risque. Afin de maximiser la valeur de l'opération pour ce type d'infrastructure minière, ce projet d'étude propose une méthodologie d'évaluation des études de cas, une analyse des probabilités de défaillance, la création de modèles technico-financiers et la détermination des paramètres de conception et de récupération afin d'obtenir la plus grande rentabilité au moindre risque. Actuellement, l'unité de production fonctionne à une profondeur de 700 m avec une largeur de pilier de 3,6 m, une largeur de chambre de 4,4 m, une zone d'affluent de 8 m x 8 m, une récupération de pilier de 80 % et un taux de production de 300 tonnes/jour. En outre, la masse rocheuse est principalement constituée de roches volcaniques dures, avec une NGC moyenne de 145 MPa, une contrainte verticale de 19 MPa et un facteur de sécurité moyen de 1,48. Dans le cadre de la méthodologie, différents scénarios de largeur des piliers et différentes durées d'exposition en années sont élaborés afin de comprendre le comportement de la probabilité de défaillance des piliers, à la fois en fonction du temps et en fonction de la largeur des piliers. Il a été constaté que, pour une certaine période de temps, d'une part, plus la largeur du pilier est faible, plus la probabilité de défaillance est élevée (30-70 %), ce qui entraîne un niveau élevé de variabilité et influence la valeur du risque ; d'autre part, pour une largeur de pilier plus importante, la probabilité de défaillance est très faible (0-15 %) et présente donc une variabilité moindre par rapport à l'autre cas. Sur la base de ce qui précède, un modèle technico-financier a été construit, à l'aide d'un code source ouvert, avec les informations relatives à la stabilité géomécanique, à l'évaluation d'un projet et à l'évaluation des risques afin d'obtenir des représentations graphiques des tendances des paramètres de conception (largeur de la colonne et largeur de la chambre) par rapport à la valeur d'un projet. Les résultats ont montré que plus la largeur du pilier est faible, meilleur est l'équilibre entre la valeur du projet, la valeur du risque et la récupération maximale, et plus le tonnage et la valeur laissée pour ne pas l'exploiter sont faibles. Sur la base de ce qui précède, il a été déterminé que les largeurs de piliers à choisir seraient de 3,3 m et 3,5 m. Cependant, le SF minimum requis dans ce type d'opération (1,3) et un coefficient de variation plus faible ont été pris en compte, de sorte qu'une largeur de pilier égale à 3,4 m a été choisie, ce qui a permis d'obtenir un bénéfice minimum de 24,4 millions de dollars, un taux de récupération de 82 %, sous une fiabilité de 95 %.