Informe final evaluacion TBM vs PYT

Ingeniería Civil en Minería

Informe Evaluación Escenario Base TUNEL DE TRANSPORTE DE MINERAL VIA SISTEMA TRADICIONAL VS DESARROLLO TBM PARA YACIMIENTO EMPREDEDORA II

Informe elaborado por: Angel Contreras Soarzo Guillermo Pizarro Castillo Curso: Evaluación De Proyectos Profesor: Patricio Adriasola Fecha: 22-06-2018

Contenido ............................................................................................................................... 2 Introducción ........................................................................................................................... 4 Escenarios Base ...................................................................................................................... 5 Consideraciones Generales ....................................................................... ............................. 6 Método Perforación y Tronadura ................................................. ...................................... 6 Método TBM ............................................. .................................................... ...................... 7 Costos ..................................................................................................................................... 8 Método Perforación y tronadura ........................................ ............................................... 8 Método TBM ............................................. .................................................... ...................... 9 Gráfico Comparación de Costos de Túnel ............................................. ........................... 10 Criterios Técnicos ................................................................................................................. 11 Comparación de Métodos ......................................................................... ........................... 12 Método Perforación y tronadura ........................................ ............................................. 12 Método TBM ............................................. .................................................... .................... 13 Identificacion de los Riesgos................................................ ............................................. 14 Esquema de Actividades de la Gestión de Riesgos .......................................................... ............................... ........................... 15 Matriz de Riesgos ............................................................................................................. 16 Daño a los trabajadores o a los equipos ................................................ ........................... 16 Daños a Terceros .......................................................................... .................................... 16 Daños a propiedades ...................................................................................... .................. 17 Daños Ambientales ...................................................... .................................................... . 17 Retrasos .................................................... ...................................................... .................. 17 2

Pérdidas Económicas por Propiedad ..................................................... ........................... 17 Clasificación y Aceptación de Recursos ................................................. ........................... 17 Riesgos de la TBM Riesgos Geotécnicos ................................................ ........................... 18 Riesgos en Construcción ....................................................... ............................................ 19 Riesgos Uso de la TBM................................................. .................................................... . 20 Tabla de Comparación entre los Métodos TBM y P&T .......................................... .......... 21 Comparacion de costos ....................................................... Error! Bookmark not defined. Costo de Oportunidad ........................................................................... ........................... 23 Conclusiones ................................................. ...................................................... .................. 24 Bibliografía .................................................... ...................................................... .................. 25

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La preparación y desarrollo necesarios para los nuevos proyectos, debido a un aumento sustancial en los requerimientos futuros de minera “Emprendedora UDD”, necesitará de

métodos más rápidos y eficientes de excavación de túneles Hasta hoy en Chile estos se han desarrollado a través de la manera convencional (perforación y tronadura). Sin embargo, en los países industrializados, se utilizan además del método convencional, dos alternativas distintas, las máquinas TBM y el uso del Road Header. La tecnología de las TBM ha probado ser eficiente y competitiva en excavaciones subterráneas, en diferentes tipos de material, desde material no consolidado hasta rocas duras, en todos los países en donde actualmente opera. Si bien en Chile representa una alternativa innovadora respecto al método convencional, al mismo tiempo implica significativos aumentos en los rendimientos de avance, reducción de interferencias a costos de operación similares, mejoramiento en la calidad y seguridad operacional, aumento de la estabilidad geomecánica y una reducción de los daños ocasionados en el entorno del macizo rocoso. Este último punto puede significar importantes reducciones en los costos de fortificación, ya que el sistema que usan estas máquinas no necesita el uso de explosivos, elemento que daña fuertemente el contorno de las excavaciones mineras subterráneas. Para demostrar lo anterior, es necesario conocer más la tecnología, identificar sus campos de aplicación y hacer un análisis técnico económico comparativo de la tecnología de las TBM v/s el método convencional (Perforación y tronadura).

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Para el desarrollo de la evaluación de escenarios base se asume que el sistema de transporte principal de mineral chancado a superficie será de acuerdo a las bases entregadas, asumiendo que la opción más factible es chancado primario interior mina y correa transportadora que implica la construcción de un túnel (rampa) que conecte la sala de chancado interior mina hasta el acopio de 90.000 t de capacidad ubicado en superficie. Adicionalmente a lo mencionado en el párrafo precedente, cabe señalar que actualmente no existen aplicaciones del sistema pique Skip acordes con las necesidades del proyecto: capacidad de 140 ktpd y profundidad de pique de 1.100 m. Los plazos de entrega del equipo asociados sobrepasan los 18 meses. En vista de lo anterior, se recomendó desarrollar, durante las etapas intermedia y final de la Ingeniería de Perfil del Proyecto Yacimiento Emprendedora II, el escenario de Transporte Principal de Mineral mediante Correa Transportadora. También se asume que dicha obra será destinada únicamente al transporte de mineral desde interior mina, descartándose su uso para movilización de personal o transporte de materiales hacia y desde la mina. En base al desarrollo de la investigación se ha descartado escenarios base, para ser más específicos aquellos que consideraban una pendiente global del túnel de 10%. Resultando que finalmente las opciones más viables son: ●

Túnel recto de 7,5 x 6,0 m y pendiente de 15%. Con portal ubicado al Este de las instalaciones asociadas a la Fundición Chuquicamata. Se ha considerado realizar la construcción de dichas labores con método tradicional de pe rforación y tronadura.

●

Túnel recto de 7,5 x 6,0 m y pendiente de 15%. Con portal ubicado al Este de las instalaciones asociadas a la Fundición Chuquicamata. Se ha considerado realizar la construcción de dichas labores con método TBM.

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Para el caso de la excavación con método convencional el avance de la frente depende de la productividad de las operaciones unitarias y la eficiencia en su secuenciamiento permitiendo una buena utilización de las horas de operación del turno. La construcción por método PyT considerado para estas obras es del tipo descendente con una pendiente de 15%. Este para metro es de gran relevancia para el manejo de materiales, dado que los rendimientos de los equipos varían con la pendiente. Si bien en un comienzo las distancias de acarreo no son grandes (hasta 150) cuando el avance del túnel requiera transportar la marina afuera a distancias de 300 metros o más los rendimientos de los LHD bajaran considerablemente. Para mitigar este problema se ha considerado construir estocadas cada 250 metros y así acortar las distancias de acarreo. El siguiente cuadro resume algunos supuestos y rendimientos parciales considerados en el desarrollo por PyT Resumen de Ciclo

Instalación en la frente Marcas topográficas Perforación Retiro de equipos Carguio disparo Tronadura Ventilación Regado y acuñadura Marina Ingreso equipo fortificación Fortificación

0,25 0,25 3,10 0,25 1,00 0,50 1,00 1,00 4,32 0,25 3,22

hrs hrs Hrs Hrs hrs hrs hrs hrs hrs hrs hrs

T ciclo Nº horas/día N° ciclos Avance/día Nº días/mes Avance mes Nº días N° meses N° de frentes Duracion Total

15,14 17 1,12 4,86 30 145,7 1503 50 1 4,2

hrs hrs ciclos mts/día días mts/mes días meses años

Los cálculos anteriores se basan en datos de otras obras de similares características en cuanto a sección de túnel, nivel de mecanización, pendiente y niveles de fortificación. 6

Para el caso del equipo TBM el avance va a estar en función de las características de la roca y de los tiempos efectivos destinados para la excavación. A diferencia del método de perforación y tronadura. El equipo TBM realiza la fortificación y el carguío del material al mismo tiempo de que la excavación, sin pérdida de tiempo. Régimen de Trabajo de TBM N° Turnos

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Turno/Día

Turno

12

Hr/Turno

Tiempos de ciclo TBM  Almuerzo y Cena

1

Hr/Turno

Disponibilidad

10

Hr/Turno

0.75

Hr/Turno

0

Hr/Turno

Revisión y Chequeo

0.6

Hr/Turno

Servicios

0.7

Hr/Turno

Excavación

7.95

Hr/Turno

Fortificación

0

Hr/Turno

Entrada al Túnel Cambio de equipo

Con el uso de la tuneladora se esperan avances de 18 m/día. Este dato está tomado de tasas de avance de otras obras. Cabe destacar que en el proyecto de Los Bronces, donde se usó el método TBM el avance promedio fue de 22 m/día. Se baja el avance diario dado que el diámetro de las obras es mayor, por lo cual el material a remover es mayor. También se ha considerado un tiempo de trabajo anual de 330, debido a posibles problemas técnicos con la tuneladora (rotura de piezas principales, encontrar fallas o estructuras no mapeadas). Con todo lo anterior la duración estimada para la construcción del túnel es 18 meses.

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El detalle de los costos de excavación de este método de observa a continuación, cabe destacar que es a partir de una sección de 7.70 x 6.10 metros. COSTOS P&T [US$] MANO DE OBRA MATERIALES EQUIPOS Y MAQUINARIA COSTO DIRECTO TOTAL COSTO DIRECTO UNITARIO COSTO INDIRECTO UNITARIO PRECIO UNITARIO DEL ITEM [US$/ml] CANTIDAD DEL ITEM [ml] PRECIO TOTAL DEL ITEM PRECIO TOTAL DEL ITEM

31,673,295 20,983,367 13,129,844 65,786,506 9,012 1,096 10,108 7300 73,784,793 73,784,793

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Dentro de los principales parámetros para poder poner puesta en marcha la tuneladora TBM en un proyecto se consideran los factores de avances, costos relacionados al mantenimiento de la maquinaria y la mano de obra que trabaja con dicha máquina para poder realizar un túnel. A continuación se presentan un resumen de costos. Aquí va la tabla con los costos de la tbm, recuerda que deben ir ordenados.

El gráfico anterior muestra la comparación de los métodos convencionales y de la TBM en función del rendimiento, donde se logra observar que a medida que la velocidad de excavación vaya aumentando, los costos van a ir disminuyendo. Pero en el caso de la TBM los costos una vez que se pone en marcha son demasiados altos con respecto al caso convencional. Por lo que la Tunnel Boring Machine se tardará a largo plazo en poder reducir los costos.

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En el siguiente gráfico se puede ir observando que el método convencional presenta una orden de costos aproximadamente baja en comparación con respecto a la Tunnel Boring Machine y es por ello que a medida que se van aumentando las distancias de excavación de la máquina tuneladora los costos van a ir disminuyendo en el largo plazo y eso se debe principalmente a las características del macizo rocoso. Despues de verificar información de proyectos similares se estima que la inversión inicial es de 60 millones de dólares (Inversion inicial en proyecto Tunel Sur, Los Bronces). También los costos unitarios, es decir, por metro lineal construido son del orden de 9,000 US$/ml. De acuerdo a lo anterior el valor actualizado de los costos de operación es de: US$50,000,000. Lo que determina una inversión total por alrededor de 110MUS$.

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Complementariamente a la evaluación económica, se realizó una evaluación integral de cada uno de los escenarios preseleccionados desde la perspectiva del VAC, plazo de construcción, constructibilidad, confiabilidad, holgura de capacidad de absorción de fluctuaciones de la producción y disponibilidad mecánica asociada. Complementariamente se analizó una variable técnica de gran relevancia para aspectos como VAC, plazo de construcción, constructibilidad, confiabilidad. Esta variable es la pendiente del túnel, cabe recordar que las opciones definidas en los escenarios base son 10 y 15 %. Finalmente se optó por la pendiente de 15 % ya que esta genera una extensión total a excavar de 7300 metros lineales. Mientras que la opción de 10 % alcanza una longitud de 11 kilómetros.

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Interferencias Presenta varias interferencias producto de los períodos de evacuación e instalación entre las distintas tareas que componen el procedimiento de trabajo. Las principales son antes y después del disparo y el posicionamiento de equipos. Logística asociada Necesita un adecuado control de la logística requerida, debido a los múltiples equipos involucrados. Tiempos de operación efectivos Bajo tiempos de operación efectivos producto del gran número de interferencias presentes. Mano de obra requerida 15 personas por turno para perforación, fortificación, carguío, transporte y servicios. Además se considera personal de mando: Jefe de turno, inspección técnica. Flexibilidad Alta flexibilidad en traslado (todos los equipos involucrados son mecanizados), como a distintos diseños y tamaño de labores. Alta flexibilidad y adaptación a distintos durezas y características de la roca. Construcciones adicionales Equipos que permiten el tránsito y posicionamiento sin necesidad de labores adicionales para ello. Esto dependiendo de las dimensiones de las labores. Constantes mínimas de aplicabilidad Este método no presenta restricciones en cuanto al diseño de los diferentes niveles para operar. Factor seguridad y calidad de trabajo A nivel de seguridad, este método respecto a los otros representa la mayor probabilidad de ocurrencia de incidentes, principalmente debido a la cercanía del personal con la frente de trabajo.

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Interferencias Baja interferencia puesto que el equipo ejecuta de manera simultánea la excavación y fortificación. Logística asociada Presenta un potencial importante en este método debido a las variadas tareas que la TBM ejecuta simultáneamente. Tiempos de operación efectivos Potencial importante en cuanto a los tiempos de operación efectiva debido a que el equipo ejecuta las distintas tareas, por lo que no hay grandes interferencias. Mano de obra requerida Va a depender del tamaño y características de la excavación. Flexibilidad Bajísima flexibilidad en el traslado y reposicionamiento (máquinas de 90 mt de largo que requieren radios de curvatura de 40 metros). Alta flexibilidad en cuanto a la posibilidad de excavar en distintas geologías. Construcciones adicionales Debido a la dimensión de estas máquinas, su montaje suele demorar dos meses, además se necesita para ello una grúa de gran tonelaje y, en ocasiones, el desarrollo de la primera parte del túnel por métodos tradicionales. Constantes mínimas de aplicabilidad Necesita túneles de un largo mínimo para que sea contendiente su instalación, de acuerdo a lo investigado, sobre 6,000 metros. Factor seguridad y calidad de trabajo Menor probabilidad de ocurrencia de incidentes respecto al método convencional, debido principalmente a la eliminación del uso de explosivos, y mejores condiciones operacionales al eliminar la presencia de polvos y gases post tronadura.

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A continuacion se presentan los peligros potenciales de forma estructurada de tal forma que se puede identificar los riesgos generales y especificos para el proyecto de tuneleria

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Para el caso de la tuneleria la matriz de riesgos que está determinada por el número de eventos que pueden darse en la construcción del proyecto

Dónde: M: Corresponde a las Muertes HG: Heridos Graves HL: Heridos Leves

Dónde: M: Corresponde a las Muertes HG: Heridos Graves HL: Heridos Leves 16

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En la actualidad el uso de la Tunnel Boring Machine en Chile ha sido un suceso nuevo en cuanto a las nuevas tecnologías que están emergiendo en la construcción de túneles mineros, por lo que el conocimiento que se tiene de esta máquina de gran envergadura es muy precaria en cuanto a las tasas de avances, costos estimados, periodos de excavación por día, mes y año, generando gran incertidumbre en los valores que se pueden obtener de ella. La puesta en marcha de este tipo de maquina hace pensar que los riesgos que se puede generar son posibles problemas de avance con la tuneladora, posible daño a la maquinaria por la dureza de la roca que se presente, encuentro con una falla o estructura que impidan la continuidad de las obras, además de la mala calidad de roca que reduce las tasas de avance que se están trabajando.

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Aquí poner las tablas de VAC para TBM y PyT Aparte redacta un párrafo donde describas las tablas, comentarios generales, no te compliques mucho.

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Dado que los tiempos de ejecución de las obras de construcción son muy dispares hay que tener en cuenta el costo de oportunidad. La utilización de TBM ofrece terminar en 2 años. La construcción del túnel si resulta ser una tarea crítica, en el caso de utilizar TBM podría traducirse en un adelanto de las obras siguientes adelantando así la puesta en marcha de la extracción minera. Esto llevaría a la empresa mandante a adelantar sus flujos de caja positivos en al menos dos años. Lo cual finalmente se traduce en un aumento del VAN. VAN PyT [MMUS$] VAN TBM [MMUS$] Diferencia [MMUS$]

3192 3862 670

Para realizar este análisis se compara el VAN del proyecto minero, en base al plan de producción, calculando que la puesta en marcha es tres años después de concluidas las obras del túnel. Se calcula el VAN a una tasa de descuento del 10%. Obteniendo los resultados antes expuestos.

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La tecnología de las TBM permite avances por unidad de tiempo mayores a los máximos obtenidos por los métodos convencionales, esto se verifica por datos de benchmarking, ello disminuye significativamente los tiempos de ejecución de los proyectos. Para nuestro caso de estudio el proyecto se adelanta de 4.2 a 1.5 años. Aunque no existiría gran diferencia de costos de operación entre el método convencional y las TBM, una posible aplicación en el futuro debiera considerar sobretodo la inversión inicial que este tipo de equipos implica. En nuestro caso desde el punto de vista de la inversión necesaria El método PyT resulta más económico que su rival TBM, 73MUS$ y 110MUS$ respectivamente. El uso de las TBM representa impactos positivos a nivel de seguridad operacional (eliminación de tronadura y daños secundarios en labores), mejora las condiciones medioambientales (disminución de polvos y gases post tronadura) y mejora los contornos de las labores. También minimiza el contacto directo de los trabajadores con la frente de trabajo. Otra ventaja comparativa del método PYT es que ha sido utilizado por diversas faenas en distintos lugares, por lo que se considera una tecnología probada lo cual minimiza el riesgo de posibles problemas de avance con la tuneladora, encuentro con fallas o estructuras, cambios en la litología, mala calidad de roca que reduce las tasas de avance. De acuerdo lo estudiado y concluido durante la etapa de estudio. La decisión de usar método tradicional o TBM pasa por temas económicos, ambientales, operacionales, seguridad y riesgo asociado. Finalmente se ha optado por usar P y T debido a la gran experiencia que se tiene con dicho método y la posibilidad de minimización de los riesgos asociados a imprevistos operacionales debido a la poca información geológica que se tiene de la zona donde se emplazará el túnel, además de la poca experiencia en minería del uso de este tipo de maquinaria.

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2009. “Estudio de pre factibilidad Proyecto Mina Chuquicamata Subterranea”, CODELCO

2007. "APLICACIÓN EN CHILE DE TECNOLOGÍA DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS POR MEDIO DE TBM"

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