Taller Libre: “Introducción al diseño digital en minería”

Relator: Heber Hernández G. - Ingeniero Civil en Minas & Diplomado en Gestión Minera.

heber@asesoriasmineras.net

11 de Abril, 2015 La Serena, Chile

http://www.asesoriasmineras.net

Documento General

Resumen del taller • El taller de Introducción al diseño digital en minería, entrega las herramientas teórico - practicas

para que el participante conozca y comience a utilizar programas computacionales comerciales, utilizados en la industria minera nacional e internacional para modelamiento, diseño y planificación de proyectos mineros.

• El enfoque de este taller es básico en el contexto general. El participante aprenderá la importancia del manejo digital de herramientas en la elaboración de minas, ejecutara e interpretara datos, modelara variables y diseñara objetos tridimensionales.

• Interiorizando en la teoría, un proyecto minero parte con la identificación de un sector el cual

demuestre una potencialidad económica para extraer minerales de su interior. Cuando esto se demuestra, se realizan sondeos los cuales al ser analizados arrojan información precisa de las concentraciones de mineral, condiciones geotécnicas, geológicas, etc., dentro del espacio en los cuales fueron realizados. Luego de esto la información se interpreta digitalmente en softwares específicos como Vulcan, Minesight, Surpac, Leapfrog, Recmin (código abierto), etc., creando una base de datos.

• Me detengo en este punto, por que siquiera para interpretar los resultados de una exploración minera, es necesario tener competencias en software especificos.

• El participante al finalizar el taller, conocerá y se lograra manejar básicamente en una ambiente tridimensional de diseño digital en minería. Teniendo el piso para poder adoptar nuevas competencias futuras como creación de bases de datos, modelado geologico, modelado de bloques, estimación de recursos minerales, optimización y diseño de minas, estimación de reservas y planificación minera.

Plataforma: Vulcan

• Vulcan es un programa computacional para modelado y planificación de minas, tiene soluciones integradas para exploración, modelado, diseño, planificación y producción.

• Corresponde a un programa diseñado para tomar

datos crudos de origen estándar (sondajes, muestreos, barrenos de voladura, etc.) y extender está información hasta el punto de derivarse un programa de producción.

Conociendo las etapas básicas de un modelo

1. El primer paso es el descubrimiento de una zona con un posible potencial de minerales (estudio superficial de suelo – Calicatas, etc.). Cuando este estudio es favorable se pude definir como el hallazgo de un “deposito mineral”.

i. Def., deposito mineral: Es una ocurrencia mineral (concentración anómala de un mineral o elemento metálico) de tamaño (volumen) y ley suficiente para que en circunstancias favorables, sea considerado con potencial económico.

ii. Si el estudio amerita una exploración en profundidad, se invierte en una campaña exploratoria de sondajes (costo alto).

Conociendo las etapas básicas de un modelo

2. La campaña exploratoria de sondajes con diamantina consiste en sondear diferentes sectores de la superficie del terreno para ir identificando las dimensiones, características y concentraciones del deposito mineral.

i. Cuando la campaña exploratoria finaliza, se estudian los testigos y se almacena la información resultante.

ii. Los testigos son un respaldo físico para la construcción del modelo geológico y de bloques. Se consideran activos de la empresa.

Conociendo las etapas básicas de un modelo

3. Ya con la etapa de sondeos y el análisis de los testigos finalizados, es hora de empezar a modelar.

Que se necesita para modelar? - Una base de estudios en geología. - Las competencias en base de datos & modelado (geo-estadística). - El software adecuado.

Conociendo las etapas básicas de un modelo

4. La información resultante del análisis de los testigos básicamente contiene los siguientes datos:

– Identificación de cada uno de los sondajes (drillholes).

– Información geo referencial de cada sondaje (Coordenadas x,y,z).

– Longitud de cada sondaje, inclinación, azimut.

– Características de la roca en cada tramo del sondaje.

– Litología, dureza, tipo de roca.

– Concentración de elementos metálicos en cada tramo del sondaje (CuS, CuT, Au, Fe, Etc.).

Info resultante + creación base de datos (Vulcan) + Modelamiento geológico (Vulcan)

Conociendo las etapas básicas de un modelo

4. Luego de la construcción del modelo geológico, viene:

– Modelo de bloques (Estimación Inverso de la distancia, poligonación, kriging).

– Estimación de recursos minerales: medidos, indicados, inferidos.

El diseño del pit final no forma parte del modelo, por lo cual no se tocara en este taller.

Conociendo las etapas básicas de un modelo

• Cuando el modelo esta finalizado, se transforma en un yacimiento mineral, siempre y cuando los resultados seas positivos.

– Def., yacimiento: es un depósito mineral que ha sido examinado y ha probado tener suficiente tamaño, ley y accesibilidad, como para ser puesto en producción y ser rentable (producir ganancia económica). La rentabilidad de un yacimiento depende de sus características intrínsecas (como tonelaje y ley), pero a veces depende de condiciones ajenas al cuerpo mineral, como las tasas de impuesto, precio de metales, etc.

Contenido del taller

1. Introducción a una plataforma digital de modelado & diseño: Vulcan V7.5

2. Entorno y herramientas de diseño asistido (CAD).

3. Importar/exportar objetos y triangulaciones.

4. Visualización tridimensional de sondajes.

5. Visualización tridimensional de modelo de bloques.

6. Visualización tridimensional de pit operativo.

La información teórica a continuación es complementaria al taller...

Diferencia entre yacimiento y deposito

• Depósito Mineral: es una ocurrencia mineral (concentración anómala de un mineral o elemento metálico) de tamaño (volumen) y ley suficiente para que en circunstancias favorables, sea considerado con potencial económico.

• Yacimiento: es un depósito mineral que ha sido examinado y ha probado tener suficiente tamaño, ley y accesibilidad, como para ser puesto en producción y ser rentable (producir ganancia económica). La rentabilidad de un yacimiento depende de sus características intrínsecas (como tonelaje y ley), pero a veces depende de condiciones ajenas al cuerpo mineral, como las tasas de impuesto, precio de metales, etc.

Conceptos básicos asociados

Mena Ganga

Mineralización Ley

Cut off grade

Estéril

Recursos Reservas

Mena

• Un mineral o minerales que pueden ser beneficiados y extraídos de una roca con ganancia económica (utilidad).

• Es un agregado mineral sólido, natural, utilizable, ya sea tal como se extrae o del cual uno o más componentes valiosos se pueden recuperar económicamente.

• Ej. Menas de Cu: Calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4), Calcosina (Cu2S).

Ganga

• Aquellos minerales los cuales se encuentran con los minerales de mena, pero que no tienen valor económico, tales como por Ej. cuarzo (SiO2), calcita (CaCO3) o pirita (FeS2).

Mineralización

• Término general el cual se refiere usualmente a minerales de mena, pero que a menudo se utiliza para referirse a otros minerales metálicos como pirita. El término se usa en dos sentidos (1) referido al proceso por el que se producen concentraciones de minerales de mena y (2) referido a los cuerpos de mena mismos. Para evitar confusiones, se recomienda su uso exclusivamente para designar el proceso de formación de menas.

Ley

• La concentración de cada metal de mena en una muestra de roca, usualmente expresado en porcentaje en peso (Ej. 1,2% Cu). Si las concentraciones son muy bajas, como las de Au, Ag, Pt y otros, la concentración puede expresarse como gramos por tonelada (g/t). La ley promedio de un depósito se calcula sobre la base del promedio ponderado de ensayes de un gran número de muestras recolectadas del depósito (superficie, canales, sondajes, etc.) y a menudo usando procedimientos estadísticos sofisticados (geoestadística) y su estimación será más exacta y confiable a mayor densidad de muestreo.

Ley de corte (cut off grade)

• Es la ley más baja, definida arbitrariamente (en términos económicos), con la cual puede explotarse un yacimiento mineral y generalmente define el límite del mismo. Por ejemplo, si la ley promedio de un pórfido cuprífero es de 1,2 % Cu, la ley de corte puede ser 0.4 % Cu, de modo que para los efectos mineros toda roca bajo 0.4 % será considerada estéril e irá a botadero.

Estéril

• Término minero utilizado para referirse a la roca que no constituye mena explotable, en oposición a rocas mineralizadas. Usualmente se refiere a las rocas no mineralizadas o con minerales no económicos que deben ser removidas durante el proceso normal de explotación minera para extraer el mineral de mena. Este material se deposita en botaderos o desmontes.

Recursos

• Un Recurso Mineral es un tonelaje o volumen de roca mineralizada u otro material de interés económico, cuyas leyes, límites y otras características apropiadas están conocidas con cierto grado certeza y que es candidato para una extracción económica. La cantidad, ley, características geológicas y continuidad de un Recurso Mineral se conocen o se estiman, o se interpretan de datos geológicos específicos y del conocimiento del depósito. Los recursos minerales se subdividen, de acuerdo a su creciente confianza geológica en categorías de Inferidos, Indicados y Medidos. Las porciones de un depósito que no son candidatos para una eventual extracción económica no deben incluirse en un Recurso Mineral.

Reservas

• La porción o volumen de un Recurso Mineral en el que se han efectuado estudios técnicos y económicos (muestreo sistemático, sondajes, evaluación económica) para demostrar que este mineral puede justificar extracción minera rentable en el momento de la determinación y bajo condiciones económicas específicas. La planificación de operaciones mineras requieren que las reservas de mineral están definidas garantizando que su extracción sea con beneficio económico. El volumen y ley de las Reservas Minerales permiten establecer la vida del yacimiento y determinar el respectivo flujo de caja.

El paso de recursos a reservas

Caracterización de yacimientos

• Necesidad de un negocio: Tomar la mejor decisión posible en la gestión de yacimientos frente a la incertidumbre.

– La estadística tiene que ver con el método científico para recopilar, organizar,

resumir y analizar información. Así como sacar conclusiones válidas y decisiones razonables sobre la base de cada análisis.

– La geoestadística es una rama de la estadística aplicada, la cual pone énfasis

en: • El contexto geológico de la información. • La relación espacial entre la información. • La información medida con diferentes soportes volumétricos y de precisión.

• La geoestadistica es algunas veces referida como el modelamiento estocástico (comportamiento intrínsecamente no determinístico). El modelamiento esta condicionado por la simulación.

La estimación

La estimación

Información disponible

• Inicialmente existe una cantidad de estimaciones fiables del volumen original del recurso en el depósito.

• Estos volúmenes in situ medidos son importantes para:

– Determinar la viabilidad económica de un determinado deposito. – Asignar una equidad entre varios conjuntos de datos. – Comparar alternativas de cuantificación para un deposito. – Determinar el apropiado tamaño del sistema de producción.

Como caracterizar un yacimiento

1. Poseer la información resultante de una exploración.

2. Seleccionar la(s) variables a caracterizar (modelar).

3. Realizar un análisis inicial de la variable mediante estadística clásica.

4. Interpretar la variable en un ambiente de simulación (3-D).

5. Interpolar la variable a través de técnicas estadísticas y/o geoestadísticas.

6. Interpretar el resultado de la interpolación.

Resultado de una caracterización

Para caracterizar un yacimiento mineral, primero es necesario conocer los métodos de estimación empleados con éxito en minería.

Análisis exploratorio de datos

Distribución estadística de valores

Diagrama de caja

• A veces, se acompaña el histograma con un diagrama de caja (“ box plot” ) que presenta un solo eje en el cual se representan cinco cuantiles: los cuantiles a 2.5% y 97.5%, el primer y el tercer cuartil y la mediana.

• Entre los dos cuantiles extremos, se observa el 95% de los datos, mientras que entre el primer cuartil y la mediana se observa el 25% de los datos, al igual que entre la mediana y el tercer cuartil. El diagrama de caja permite resumir algunas características de la distribución, tal como su simetría y su dispersión.

Gráfico de probabilidad

• Este gráfico sirve para comparar una distribución experimental con una distribución de referencia (en general, una normal o una lognormal). Consiste en cambiar la escala de los ejes del histograma acumulado de tal modo que, si la distribución experimental coincide con la distribución de referencia, se dibujaría una recta. En el caso de los datos de cobalto, la distribución difiere de una normal

Nube de dispersión

• Esta nube consiste en visualizar los valores de una variable en función de otra, lo cual requiere que ambas variables hayan sido medidas en los mismos sitios. Sirve para ver la relación par a par o “ correlación” de ambas variables, así como detectar datos atípicos (puntos que se alejan del resto de la nube). En el ejemplo de los datos de contaminación de suelo, existe una buena correlación entre las concentraciones de cobalto y níquel: cuando aumenta una de estas dos variables, tiende a aumentar la otra, lo que corrobora la pendiente positiva de la recta de regresión.

Estimación de recursos minerales mediante técnicas tradicionales (estadísticas)

• Los métodos clásicos desarrollados y empleados desde los mismos comienzos de la minería, se basan fundamentalmente en los principios de interpretación de las variables entre dos puntos contiguos de muestreo, lo que determina la construcción de los bloques geométricos a los que se le asignan las leyes medias para la estimación de recursos.

Según Lepin y Ariosa (1986) los métodos clásicos de estimación más conocidos son: - Método del promedio aritmético o bloques análogos.

- Método de los bloques geológicos. - Método de los polígonos - Método de las isolíneas. - Método de los perfiles. - Método del inverso de la distancia. - Método de IVOR

Inverso de la distancia

• Este método aplica un factor de ponderación a cada muestra que rodea el punto central de un bloque mineralizado. El factor de ponderación es el inverso de la distancia entre cada muestra y el centro del bloque, elevado a una potencia “n”, que suele tomar un valor entre 1 y 3 (3>n>1). Solo las muestras que entran dentro de una determinada zona de búsqueda son ponderadas de la citada forma. Puesto que el método es laborioso y repetitivo, la presencia de un computador simplifica notablemente su elaboración.

Ejemplo del calculo de una concentración de cobre mediante el

ID² • Dato 1: 0.5 % Cu • Distancia 1: 1.2 metros • Dato 2: 1.3 % Cu • Distancia 2: 0.6 metros • Dato 3: 2.5 % Cu • Distancia 3: 1.1 metros

Método de IVOR

• Es similar al inverso de la distancia, pero considera un área de influencia para estimar la variable incógnita.

• Formulación: – Método analítico de cálculo de reservas.

– El cuerpo mineralizado, previamente, debe dividirse en bloques de igual tamaño.

– Se utiliza una vez que se ha definido la “unidad de explotación” o “Bloque Minero”.

IVOR

• Consiste en un cálculo de ponderadores (que le dan peso a las muestras en función de la distancia). Aplica un factor de ponderación a cada muestra que rodea el punto central de un bloque mineralizado, en el mismo nivel topográfico (caso bidimensional) o desde fuera del nivel (caso tridimensional). Este factor es el inverso de la distancia entre cada muestra y el centro del bloque, elevado a una potencia “n”, que suele tomar un valor entre 1 y 3.

Formulismo IVOR

Isotropía y anisotropía

El problema de la dilución

• Por razones, geológicas principalmente, los bloques “idealizados” con los métodos tradicionales pueden contener sectores de estéril producto de fallas principalmente. De tal forma se debe considerar la “dilución” de este estéril al desarrollar el cálculo del volumen de mineral en el bloque.

El bloque definido por extraer tiene incorporados zonas de estéril, y por otro lado, zonas mineralizadas quedaron afuera. Las minas operan con valores establecidos de dilución, variables en el tiempo de operación de la mina, que deben incorporarse a los planes producción.

¿Que método tradicional es mejor?

Conceptos de geoestadística

Geoestadística y teoría de las variables regionalizadas

Kriging

El sondaje y el testigo

• El testigo es la principal fuente de información para la minería. Un testigo es una sumatoria de “datos” por conocer.

• ¿Qué datos? • Se pueden considerar los siguientes tipos de datos: • Variables: Son las propiedades del yacimiento o campo de estudio que pueden ser muestreadas o

medidas en términos de valores numéricos reales. Por ej.: Las leyes, la densidad, la concentración de un contaminante, etc.

• Características: Son las cualidades observables y tienen un número finito de valores descriptivos

posibles. P.ej: La litología, mineralogía, el tipo de suelo, etc.

Importancia de los TESTIGOS

• Respaldo físico de la construcción del modelo geológico del yacimiento, debe prolongarse más que la vida de la mina.

• La exploración es un proceso de alta inversión en recursos y tiempo.

• Los testigos y logs geológicos son un activo para la empresa.

• Debe soportar traslado, reordenamiento y reempaquetamiento, y frecuentes revisiones.

• Se requiere el historial del testigo, del log como atributo del modelo de bloques (TechnicalAudit).

Administración de testigos

Modelo flujo de información proyecto

Información inicial

Sondajes

Canales de muestreo -

Excel

Análisis exploratorio de

datos

Generación de la base de datos

Digitalización de sondajes

Creación del cuerpo

mineralizado (selección de ley

de corte)

Modelo de bloques

Estimación de recursos

minerales

Decisión

Puntos - Topografía

Digitalización de curvas de nivel

Creación del solido final de

topografía

La Base de Datos de los Sondajes Mineros

• La base de datos de un set de sondajes está compuesta por las siguientes tablas:

Collar

Assay

Geology

Survey

Collar

• La Tabla “Collar” contiene el origen del sondaje, su longitud total y otros campos opcionales que describen a todo el sondaje.

Survey

• La tabla de direcciones o “Survey” está definida por las medidas de azimut e inclinación (dip) del sondaje a diferentes distancias del origen.

Assay

• La tabla assay contiene la información relativa a las concentraciones de los elementos de interés.

Geology

• Esta tabla puede contener información tal como el tipo de roca, la dureza, litología, etc.

Modelo geológico de ejemplo

Modelo geológico de ejemplo

Modelo de bloques

• Un modelo de bloques es un arreglo 3D de volúmenes rectangulares de dimensiones regulares.

• También puede ser entendido como una

grilla ortogonal 3D.

• Es determinado por un origen, orientación, las dimensiones de cada volumen individual (bloque) y su extensión XYZ en un sistema de coordenadas relativo.

• El tamaño de los bloques es escogido

según los objetivos de la caracterización 3D, la distribución espacial de las muestras y los requerimientos de la estimación.

Objetivos del modelo de bloques

• El principal objetivo del modelo de bloques es proveer un medio para la representación de la variación de una variable regionalizada. La variabilidad de esta variable es representada asignando valores apropiados a los centroides de cada bloque.

• Un objetivo secundario es proveer una plataforma para la manipulación de la variable según los objetivos de la caracterización.

Integración del modelo de bloques con el modelo geológico

Referencias bibliográficas

1. Bustillo, M. y López Jimeno, C. (2000). Recursos minerales. Madrid: Entorno Grafico. 2. Sepúlveda, G. y Gallo Sierra, A. (2011). Modelo de bloques para un yacimiento de sulfuros

masivos utilizando el software Minesight®. Boletín de Ciencias de la Tierra, 30, 5-13. 3. Universidad de Chile. (2007). Apuntes de geoestadística. 4. Universidad de La Serena. (2010). Evaluación de yacimientos mineros. 5. Seminario de competencias en recursos y reservas mineras, Golder Associates. (2009).

Estimación de recursos. 6. Universidad nacional autónoma de México. (2009). Geoestadística aplicada. 7. Lepin, O. V. y Ariosa, J. D., (1986). Búsqueda, Exploración y evaluación geólogo económica de

yacimientos minerales sólidos. La Habana: Pueblo y Educación. 8. G. Matheron. (2008). Las variables regionalizadas y su estimación. 9. Instituto de ingenieros de minas de Chile. (2003). Código para la certificación de prospectos de

exploración, recursos y reservas mineras. 10. Marco Antonio Alfaro Sironvalle. (2007). Estimación de recursos mineros. 11. The Australasian Institute of Mining and Metallurgy, Australian Institute of Geoscientists, and The

Minerals Council of Australia. (2001). Código de Australasia para informar sobre recursos minerales y reservas de mena. Chile: BHP Billiton.

12. Reservoir modeling with GSLIB – http://www.gslib.com

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