Simulación de minas a cielo abierto para una mejor planificación

trucks, excavators in open pit mine

La industria minera ha visto un impulso significativo en los avances tecnológicos en los últimos años, desde la automatización de equipos móviles , centros de control de operaciones remotas , hasta cámaras inteligentes que mejoran la vigilancia y la seguridad. Pero un aspecto de la minería que, en mi opinión, todavía tiene una oportunidad importante de ser “minado” para obtener más beneficios es el área de programación y planificación. La optimización del cronograma y la planificación puede beneficiarse significativamente de la simulación en la toma de decisiones estratégicas a largo plazo y en la toma de decisiones tácticas a corto plazo. Como explicaré, la simulación de una mina a cielo abierto puede contribuir a dichas mejoras en la planificación.

Creo que los avances recientes en las diversas esferas de la inteligencia artificial (IA) serán uno de los aspectos a tener en cuenta. Aún así, mientras tanto, tenemos un conjunto de herramientas que ya pueden agregar una cantidad significativa de valor de inmediato: la simulación de minas a cielo abierto. No solo la simulación ya se está utilizando como una herramienta de apoyo a la toma de decisiones en varias minas de todo el mundo, sino que probablemente será un complemento necesario para la IA. Cuando los algoritmos y las políticas de IA finalmente maduren lo suficiente como para ayudar en la toma de decisiones, las simulaciones estarán allí para proporcionar un entorno seguro y sin riesgos para probar estas herramientas antes de que funcionen en el mundo real.

Antes de profundizar en la realidad de la simulación de minas a cielo abierto, veamos por qué la minería es un entorno tan complejo y por qué tomar estas decisiones tácticas y estratégicas puede ser tan complicado.

Los grandes desafíos en la planificación y operación de la mina dificultan los cambios graduales en la mejora

Los gerentes en todos los niveles de una organización son responsables de asumir compromisos confiables y tratar constantemente de mejorar con objetivos e incentivos cada vez más altos para mejorar el desempeño. En cualquier sistema complejo, esto es realmente difícil debido a VUCCA . El término inicialmente solo incorporaba una C, VUCA , pero prefiero usar el marco anterior como lo define el Dr. Alan Barnard en dralanbardnard .com :

Volatilidad

Como en la mayoría de los sistemas interconectados, la minería experimenta una volatilidad significativa. Por ejemplo, existe una volatilidad considerable en:

  • demanda y precios de sus productos.
  • rendimiento de las máquinas y los humanos.
  • la variabilidad de la calidad del mineral.
  • la eficiencia a la que se puede extraer el mineral.

Estos factores nunca se pueden considerar realmente usando un valor promedio y solo dentro de un rango dado un intervalo de confianza específico. Esto también significa que proporcionar un número único como cifra de compromiso para cualquier nivel de producción dentro de la organización puede ser extremadamente poco confiable. Sería mejor especificar cualquier salida como un rango, en base a alguna consideración de la salida mejor, peor y probable debido a las variables de entrada definidas.

Incertidumbre

A menudo es difícil determinar las relaciones de causa y efecto dentro de sistemas grandes y complejos. Podríamos tomar una decisión hoy que afecte el rendimiento dentro de unas semanas. ¿Cómo sabremos que deberíamos haber tomado una decisión diferente? Y si lo hiciéramos, ¿qué tan seguros estamos de que el resultado sería mejor que el que tenemos ahora? ¿Podemos hacer una prueba y esperar unas semanas más y ver si mejora? ¿Qué pasa si el resultado es mucho peor?

Hay muchas relaciones de causa y efecto asociadas con un alto nivel de incertidumbre en la industria minera y las operaciones mineras.

Complejidad

En cualquier organización o sistema con muchas partes móviles, hay un nivel de complejidad, no solo debido a las muchas relaciones de causa y efecto que existen entre los puntos, sino también por la gran cantidad de puntos.

Estas complejidades son difíciles de mapear en un solo mapa mental, hoja de cálculo de Excel, sistema ERP y muchas otras herramientas tradicionales de apoyo a la toma de decisiones.

Restricciones

Hay muchas restricciones dentro de las cuales la organización debe operar para sobrevivir en cualquier organización. Entre otros, estos pueden ser:

  • Dinero : restricciones presupuestarias, flujo de efectivo, reembolso de préstamos, condiciones del proveedor y del comprador, etc.
  • Tiempo : limitado debido a factores ambientales, por ejemplo, el clima o simplemente la competencia y la demanda de otros competidores, por ejemplo, el orden de llegada.
  • Mano de obra : disponibilidad limitada de trabajadores calificados o de otro tipo para completar las tareas deseadas de manera eficaz y eficiente.
  • Cumplimiento : pueden ser requisitos normativos, ambientales o legales.
    Una mina debe poder navegar y considerar todas estas limitaciones para tomar mejores decisiones tácticas y estratégicas.

Ambigüedad

La ambigüedad aquí se refiere a la confusión creada por tener más de un objetivo, a menudo en competencia, dentro de una organización. Por ejemplo, en una mina, debe ser seguro, productivo y rentable. Las reglas de seguridad a menudo afectan la velocidad del trabajo, lo que reduce la productividad y, para ser más productivo, se necesita más maquinaria, lo que puede ser muy costoso.
Los gerentes deben considerar la compensación entre los diferentes objetivos y asegurarse de que puedan cumplir simultáneamente con todos los requisitos.

Estos elementos VUCCA dificultan los cambios graduales en la mejora dentro de la planificación y las operaciones de la mina, ya que es muy difícil predecir el impacto de los cambios en todo el sistema. Las personas a menudo realizarán cambios que mejoren su entorno o subsistema local sin conocer el efecto general en todo el sistema, lo que podría sacrificar una regla óptima global para la optimización local.

Desafíos en la minería a cielo abierto abordables con simulación

La simulación dinámica se puede aplicar para resolver una amplia gama de desafíos particulares en la planificación y operación de minas a cielo abierto. En la siguiente figura, encontrará una ilustración de las principales operaciones y procesos en la minería del carbón a cielo abierto.

Este ejemplo está simplificado, pero, sin embargo, destaca algunos de los principales desafíos que no pueden resolverse con enfoques estrictamente analíticos.

El proceso comienza con la perforación de agujeros en el destape, luego la voladura del destape, la nivelación del destape y la remoción con camiones y palas.

Una vez que se ha descubierto la capa de carbón, hay otra ronda de perforación y voladura antes de que el carbón pueda transportarse y llevarse a las pilas de almacenamiento, donde puede procesarse más. Como experto en simulación, cuando interactúo con gerentes de minería en operaciones de este tipo, a menudo me encuentro con las siguientes preguntas relacionadas con la planificación de la producción y la gestión de operaciones:

Como puede ver, estas son preguntas no triviales para responder. Por ejemplo, los mismos camiones se utilizan para la remoción de sobrecarga y el transporte de carbón, por lo que distribuirlos entre estos dos tipos de trabajo es un problema dinámico que requiere una herramienta para evaluar el impacto con un alto grado de precisión. El resultado de estas decisiones puede ser que la mina gane dinero o quiebre… Entonces, ¿cómo resolverá este enigma el superintendente de producción?


La simulación de una mina a cielo abierto mejora la planificación y la toma de decisiones

Aunque existen muchas metodologías alternativas para ayudar a responder las preguntas planteadas anteriormente, una metodología específica se destaca entre todas las demás: la simulación. Las razones para esto son múltiples:

  • Considere todas las interdependencias, limitaciones, complejidades y variabilidades críticas del sistema.
  • Proporcione una variedad de resultados probables para escenarios únicos, realice análisis de sensibilidad y comparaciones directas de escenarios.
  • Proporcione una forma de bajo riesgo y bajo costo para probar el impacto de cualquier cambio en el rendimiento operativo y financiero.
  • Obtenga comentarios rápidos probando varios escenarios en un tiempo relativamente corto.

Cuando se construyen correctamente, los modelos de simulación permiten escalabilidad y flexibilidad, lo que significa que el mismo modelo se puede usar para simular la mina ahora y en el futuro. Esto permite un retorno de la inversión mucho mayor.

Resolviendo problemas de planificación minera y toma de decisiones con MineTwin, una herramienta ejemplar para la simulación de minas a cielo abierto

Hoy echaré un vistazo rápido a una herramienta de simulación muy específica que se usa específicamente para la simulación de minas tanto a cielo abierto como subterráneas y probaré cuán poderosa es al tener en cuenta todos los elementos VUCCA y brindar los beneficios mencionados anteriormente.

La herramienta que analizaremos es MineTwin, creada por Amalgama LLC, un líder en desarrollo de simulación de gemelos digitales.

Modelo de demostración usando MineTwin para modelar e investigar operaciones en una gran mina a cielo abierto en África

Mire el video a continuación para ver la demostración completa.

En el video de arriba, usamos un entorno minero real, una de las grandes minas a cielo abierto en el sur de África. La pregunta específica que tratamos de responder es cuál es la cantidad de camiones y topadoras necesarios para cumplir con el plan de la mina y, posteriormente, cuál es la cantidad óptima de excavadoras requeridas. El plan de la mina se basa en la capacidad de la planta de procesamiento, que es el cuello de botella, por lo que no queremos matar de hambre a la planta de procesamiento y no queremos acumular reservas masivas frente a ella. A continuación se muestra una descripción general rápida de los pasos que se muestran en el video.

Paso 1: Configuración del modelo de simulación de una mina a cielo abierto

El primer paso para configurar la simulación es importar el diseño de la mina y especificar el equipo, el plan de la mina y muchos otros parámetros de entrada y restricciones dentro del modelo. Una vez que la plataforma ha importado el escenario y verificado que no haya errores de configuración, podemos verificar la configuración con el personal de la mina a través de una animación interactiva.

Interfaz de usuario de simulación MineTwin

Paso 2: Configuración del experimento de simulación

Creamos un nuevo experimento de análisis de sensibilidad, establecemos el número de repeticiones para asegurarnos de obtener una muestra estadísticamente válida y presionamos el botón de reproducción.

Resultados de un experimento de sensibilidad en camiones y bulldozers requeridos en MineTwin

El resultado indica que el plan de la mina se puede lograr con seis camiones y siete bulldozers. Agregar más camiones en realidad conduce a un deterioro del rendimiento, incluso si es solo un 0,1%, ya que cuantos más camiones tenemos, más congestión tenemos dentro del rajo.

¡NÓTESE BIEN! ¡Esta es una visión única que ningún modelo estadístico o determinista podrá mostrarle!

Cumplimiento del plan de mina para diferentes configuraciones de camiones y topadoras.

En el ejemplo anterior, la cantidad de excavadoras se estableció extremadamente alta para garantizar que nunca fueran un cuello de botella. Ahora que sabemos la cantidad de bulldozers y camiones necesarios, podemos configurar un análisis de sensibilidad similar para las excavadoras.

¡Viola!

Parece que hemos respondido a todas las preguntas, en un tiempo récord y con un alto nivel de confianza que hemos considerado una cantidad significativa de elementos.

Cumplimiento del plan de mina para diferente número de excavadoras

Resumen y conclusión

En conclusión, muchas limitaciones e interdependencias dificultan la toma de decisiones en las minas, y muchas herramientas estáticas y deterministas son ineficientes para respaldar decisiones críticas. El uso de la simulación supera muchas deficiencias y proporciona una visión real con una variedad de resultados en lugar de un solo número.

Las simulaciones proporcionan un entorno rentable y sin riesgos que puede ofrecer resultados rápidamente una y otra vez.

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