Mine to Mill

Innovador proceso tecnológico y de planificación desarrollado por el Plus EuroService, el servicio de asistencia técnica de MAXAM

“MINE TO MILL” o cómo reducir los costes de producción en explotaciones mineras, canteras y obras públicas.

El concepto Mine to Mill (de mina a planta)  implica concebir las operaciones de perforación y voladura como parte integral de una cadena en la que estas fases del trabajo tienen una gran incidencia en los costes totales de extracción y tratamiento. El punto de vista tradicional, aun en grandes empresas de las que nos ocupamos es concebir de manera separada las actividades de extracción (perforación, voladura, carga, transporte y fragmentación secundaria – mediante taqueo de bolos con explosivo o martillos hidráulicos) con las de tratamiento (trituración, clasificación, molienda y tratamientos posteriores), más aún en los momentos en los que se pretende afrontar una reducción de costes. Para resolver esta situación, y conseguir una verdadera reducción de costes, el Plus Euroservice, el servicio de asistencia técnica de MAXAM, ha desarrollado el programa Mine to Mill  que partiendo de un estudiado diseño de las voladuras, mediante herramientas específicas de control y predicción de la fragmentación, con más carga de energía explosiva como norma general, y el análisis de la geología y la maquinaria de cada explotación, consigue una disminución de los costes totales y/o un aumento del ritmo de producción. Una voladura que genera una mayor fragmentación de la roca traerá consigo aumentos de rendimiento en las etapas de carga y transporte, disminución de mantenimiento de todos los equipos en general, menor necesidad de fragmentación secundaria, aumentos de producción y disminución de consumos de energía en planta. Con tan sólo una mayor inversión en el capítulo explosivos, toda explotación minera (tanto a cielo abierto como interior), cantera u obra pública, verá reducida en gran medida sus costes totales de producción. Realizando estudios Mine to Mill , no sólo se pueden incrementar las capacidades de producción, es decir, los ritmos en toneladas/hora a los que funcionan tanto las trituradoras como las palas cargadoras, sino que los esfuerzos mecánicos a los que está sometida la maquinaria son menores y esto se traduce en un descenso de los costes, tanto de operación como de mantenimiento. El transporte, sea por pala o camión, al contar con un material de tamaño más homogéneo, se abarata al estar mejor aprovechadas las capacidades del cazo de las palas o la caja de los camiones.

Puntos básicos del “Mine to Mill” La energía más barata para arrancar y fragmentar la inmensa mayoría de las rocas y minerales, y que permite un ritmo más rápido para ello, es el explosivo. Una pila de roca bien fragmentada trae consigo: - menores tiempos de carga y mejor aprovechamiento del cazo de la excavadora o pala, - camiones más llenados y reducción de las operaciones de transporte, - menores costes de mantenimiento de maquinaria, tanto de carga carga como de transporte, y - menores costes operativos y, por tanto, de consumo. consumo.

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Un material más fragmentado en origen (mayor abundancia de tamaños pequeños) conlleva menores costes de trituración y molienda y mayores flujos horarios, al tener que realizar menos conminución para un mismo tamaño final de producto. Los bloques medianos de material fragmentado mediante explosivos presentan una resistencia estructural interna inferior a la de bloques de igual tamaño no arrancados por voladura (teoría de las microfracturas ). Las menores necesidades energéticas para trituración de material volado frente a no volado se justifican por aplicación directa de la ley mineralúrgica de Bond , que establece una relación entre la energía necesaria para romper un material y la superficie de fractura creada. Estos menores costes incluyen operación y mantenimiento. Disponibilidad de herramientas para evaluar, cuantificar y diseñar voladuras con las que llevar a términos prácticos y económicos este concepto.

Optimización de voladuras Una vez establecido el método de la voladura como el punto de partida fundamental para la reducción de costes de producción, debemos estudiar cómo optimizar las operaciones de voladura de una explotación o planta determinada para ver reflejada dicha reducción de costes en su consumo eléctrico, producción horaria, y operaciones de carga, transporte y mantenimiento tanto de maquinaria como de planta.

MAXAM pone a la práctica este concepto mediante sus propios desarrollos tecnológicos de monitorización y análisis de voladuras integrando estas fases del trabajo en el resto de operaciones de toda explotación minera, cantera u obra pública hasta llegar al resultado final de su cadena productiva. Para ello se realizan campañas de trabajo en campo, de tiempo variable según el terreno, hasta conseguir resultados significativos sobre distintos factores de su comportamiento y de la sensibilidad de la roca que lo forma en relación al explosivo a utilizar para así planificar de manera precisa las posteriores voladuras y los costes asociados a estas. Este proceso conlleva: - Definir la trayectoria real de los barrenos y las prácticas de perforación. - Estudiar mediante perfilometría láser el banco real a volar (conociendo el perfil de cada barreno con precisión de milímetros), lo que permitirá diseñar la voladura adaptándola a cada uno de los barrenos. - Analizar mediante cámaras de alta velocidad el proceso de la voladura, en términos de milésimas de segundo, según los parámetros de diseño que se establezcan (cortes por movimiento del terreno, cooperación adecuada entre barrenos, …). - Examinar el macizo rocoso: resistencia de la roca a compresión simple y análisis geomecánicos (orientación de juntas, buzamiento). - Monitorización de la velocidad de detonación (VOD) del explosivo en barreno, para evaluar su funcionamiento. - Estudio de las vibraciones producidas por las voladuras y modo de reducirlas.

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Fotogrametria para el cálculo de curva de fragmentación. Esta tecnología permite calcular en tiempo real  la distribución de tamaños, tanto en la pila de voladura como en el material resultante de los pasos por  trituración, así como calibrar el comportamiento de la roca de una operación en particular, y predecir su  fragmentación en base a los parámetros de diseño de la voladura .

Muestra de perfilometría láser 3D y control de desviación de barrenos dentro del banco, herramientas  esenciales desarrolladas por UEE para la optimización de voladuras.

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La puesta en marcha del concepto Mine to Mill se tradujo en un ahorro de 650.000 € por millón de metros cúbicos extraídos y procesados

Caso Práctico: Cantera de una cementera catalana La reducción de costes conseguida por esta planta fue superior a un 28% 

El reflejo más claro de las ventajas que supone el Mine to Mill viene de la mano de los resultados económicos. La gestión de costes toma sentido cuando se comparan producciones iguales en periodos de tiempo antes y después de la integración de la voladura en el total de operaciones, tal y como supone la implantación de este programa. La cantera de caliza margosa de una cementera catalana demuestra cómo la tecnología, el control y la gestión de costes y la capacitación de los técnicos a cargo conlleva un valor económico por la optimización de los medios. Mediante la tecnología aportada por el Plus Euroservice, el servicio de asistencia técnica de MAXAM, se realizó en el año 2000 un completo estudio geológico y geotécnico de la explotación, tal y como muestra la tabla, que permitió adaptar el tipo y las cantidades de explosivo, reduciendo incluso el consumo de éste, para lograr un resultado óptimo.

Parámetro Altura del banco (m) Longitud del barreno (m) Ángulo de perforación Piedra x espaciamiento (m) Retacado (m) Sobreperforación (m) Carga de fondo (kg) Carga de columna (kg) Arranque por barreno (m3) Perforación específica (m/m3) C.e. carga fondo (kg/m3) C.e. carga columna (kg/m3) C.e. carga total (kg/m3)

Antes

Ahora

20 m 22 m 15º 4,5 x 4,5 4,5 1,3 35 130 391 0,056 0,090 0,332 0,442

20 m 21,5 m 20º 4,25 x 6 3 0,3 10 153 479 0,049 0,021 0,319 0,340

Los estudios realizados comprendieron la integración de las etapas de voladura y las posteriores de carga, transporte y trituración, al contrario de lo que es habitual en las explotaciones españolas en las que se diferencia y separa el coste de mina (o cantera) con el coste de planta. Estos estudios integrados se basaron en dos principios: - tal y como hemos señalado, el incremento de consumo específico de explosivo como herramienta trituradora más barata, y -

el

soporte

técnico y el conocimiento de los profesionales del PlusEuroService de MAXAM para elaborar e implementar los programas y cuantificar los beneficios económicos, incluyendo en esta gestión los ajustes necesarios para conseguir de manera precisa un resultado óptimo sobre el conjunto. Este aspecto llevó a estudiar el uso que hasta entonces se había realizado en esta explotación de los explosivos, detectando u uso inadecuado (doble cordón detonante “por si uno fallaba”, destrucción sistemática de explosivo sobrante mal calculado, excesiva carga de fondo). Partiendo del estudio geológico realizado (un yacimiento de roca muy adecuada para la mejora de las voladuras, al ser capas tableadas subhorizontales de caliza) se 4

determinó que las operaciones a considerar abarcarían hasta la trituración primaria y transporte a planta cementera, pero no la molienda posterior que allí se realiza. Por tanto, queda aún margen para conseguir mejores resultados y ahorros de costes si estas fases se integraran en el programa. De esta manera el ahorro de costes totales para 1 millón de metros cúbicos al que se llegaría sería de 650.509 €/año (108.235.000 pesetas/año).

Concepto

Ahorro por millón de m3 (€)

Perforación Voladura Palas cargadoras Machacadora y transporte Mantenimiento machacadora

Total

33.470 195.450 365.064 21.870 34.385

650.509 € (108 millones de pesetas)

Estas cifras se pueden ver detalladas en las tablas posteriores 

Tal y como quedó reflejado en los estudios previos, los resultados conseguidos fueron unas pilas de voladura con una fragmentación excelente y un efecto cascada en las operaciones mineras posteriores: tanto los programas de mantenimiento de las palas cargadoras como de las trituradoras móviles han tenido que ser revisados al decrecer significativamente el número de averías y elementos desgastados. Igualmente, tanto los consumos de combustible (palas cargadoras) como de corriente eléctrica (para las trituradoras) han disminuido sensiblemente respecto a periodos anteriores. Una de las consecuencias importantes del diseño de voladuras según el programa Mine to Mill en esta cantera fue la disminución de los niveles de ruido ocasionados por éstas hasta valores inapreciables en las zonas habitadas próximas, así como unos valores de vibración hasta niveles diez veces por debajo de los límites autorizados. Otros de los aspectos concretos a destacar son: - la manera de trabajar con las palas cargadoras ha cambiado sustancialmente desde que se implementaron los cambios en las voladuras. Físicamente, la rotura de dientes de pala, de fundas de dientes y de otros elementos de mantenimiento periódico, ha descendido hasta niveles anecdóticos. - las palas Caterpillar 992, mantenidas por personal de Finanzauto, son ahora revisadas a intervalos muy superiores a lo tradicional en lo que respecta a ciertos elementos de desgaste y mantenimiento periódico. - el material volado es muy distinto al obtenido anteriormente a la puesta en práctica del Mine to Mill , caracterizándose en la actualidad por su homogeneidad, soltura y facilidad de carga por palas sobre ruedas. - se ha alargado la vida de los motores eléctricos de las dos trituradoras de martillos Krupp que nutren de material al sistema de cintas transportadoras a planta al experimentar un menor número de picos de alta intensidad gracias a

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la disminución de sobretamaños (antes, los bobinados se reemplazaban cada 5000 h de funcionamiento). Bibliografía: Morell, S. “Mine-to-Mill” Documento técnico JKTech (JKMRC Comercial Division), Brisbane Australia Eloranta, J. 1999 “Blasting – Downstream Processes” Documento técnico. Eloranta and Associates Inc. Eloranta, J. 1999 “The Efficiency of Blasting Versus Crushing and Grinding”. Documento Técnico. Eloranta and Associates Inc. Franklin, J.A., Katsabanis, T. 1996 “Measurement of Blast Fragmentation. Proceedings of the Fragblast-5 workshop of blast fragmentation”, Montreal, Quebec, Canada 23-24 August 1996.

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Detalle del ahorro de costes totales Perforación Período Hasta 2000 A partir de 2000

Producción anual (m3) 1.000.000 1.000.000

Perforación específica (m/m3) 0,056 0,049

Total metros lineales (m) 56.000 49.000

Coste por metro (€/m) 4,82 4,82

Diferencia

Coste total (€) 269.920 236.180

33.470

Voladura Período

Hasta 2000

Producción anual (m3)

1.000.000

Consumo específico

Consumo

Goma

0,090 kg/m3

Nagolita

0,0332 kg/m3

Cordón detonante Detonadores

Precio parcial (€)

0,114 m/m3

Total período

A partir de 2000

1.000.000

Goma

0,021 kg/m3

Nagolita

0,0319 kg/m3

Cordón detonante Detonadores

Coste total (€)

458.640

0,002 m/m3

Total período

263.190

Diferencia

195.450

Palas cargadoras Período Hasta 2000 A partir de 2000

Producción anual (m3) 1.000.000 1.000.000

Rendimiento horario (m3/h) 106,0 115,7

Horas efectivas (h) 9.434 8.571

Precio por hora (€/h) 135 106

Coste total (€) 1.273.590 908.526

Diferencia

365.064

Precio por kwh (€/kwh)

Coste total (€)

Machacadora y Transporte

1.000.000

Consumo específico eléctrico (kwh/m3) 3,09

3.090.000

1.000.000

2,81

2.810.000

Período

Producción anual (m3)

Hasta 2000 A partir de 2000

(Kwh)

0,045 0,045 (no hora punta)

148.320 126.450

Diferencia

21.870

Mantenimiento Machacadora Período Hasta 2000 A partir de 2000

Producción anual (m3) 1.000.000 1.000.000

Rendimiento horario (m3/h)

Horas efectivas (h)

Precio por hora (€/h)

Coste total (€)

212,0 233,4

4.717 4.285

30 25

141.510 107.125

Diferencia

34.385

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