Magíster en Gestión de Operaciones / Ingeniero Civil Industrial / Quetena corresponde a un proyecto ubicado en las proximidades de la ciudad de Calama, región de Antofagasta, perteneciente al clúster Toki, comprendido por los recursos mineros de los cuerpos principales de Quetena, Genoveva, Toki y Opache. Se caracteriza por la baja ley de sus recursos, lo que implica que la variabilidad del proyecto tenga una alta sensibilidad frente al precio del cobre. Es por esto que resulta particularmente interesante evaluar económicamente su explotación incorporando la variabilidad del precio del metal. Se utilizó un modelo estocástico de optimización, que se combina con un árbol de escenarios de precios para obtener planes mineros robustos y flexibles. Este modelo estocástico resulta intratable computacionalmente por su gran tamaño y complejidad, por lo que se utiliza el método Progressive Hedging (PH) creado por Roger J-B Wets y R.T. Rockafellar, el que se basa en una resolución de descomposición por escenarios. PH se utilizó para encontrar soluciones que permitieran realizar fijación de variables, para reducir el espacio factible del modelo estocástico. La hipótesis de este trabajo es que el problema de planificación minera de largo plazo con incertidumbre en el precio del cobre, modelado estocásticamente y resuelto mediante un método de separación de escenarios, entrega planes flexibles que son contingentes al precio del mineral y que permiten mejorar los indicadores económicos del negocio. El principal resultado obtenido, es que el valor de la flexibilidad de los planes mineros aumenta cuando el precio promedio de largo plazo disminuye.

Ingeniera Civil Industrial / Codelco es la empresa minera más grande del país, dedicada principalmente a la producción de cobre. Una de sus minas más importantes es Chuquicamata, la cual dejará de ser rentable en la próxima década. Para enfrentar esta situación se puso en marcha el Proyecto Mina Chuquicamata Subterránea (PMCHS), con una inversión de USD$4.2 millones (moneda 2013) y el inicio su vida productiva en el año 2019, permitirá a la empresa acceder a valiosas reservas y asegurar la producción por 40 años más. El desarrollo del proyecto implica tasas de construcción del orden de 3.000 m/mes con una alta exigencia en el cumplimiento de plazos, costos, calidad y sustentabilidad definidos. La motivación por realizar este trabajo surge con el objetivo de asegurar la productividad de los principales desarrollos a través de un modelo de gestión operacional destinado a la construcción de los subniveles de hundimiento y producción, estipulados en el contrato CC010 - Desarrollos de Subniveles Superiores en Macro Bloques y Barrio Industrial Norte. Se ha considerado el estudio de bibliografía que incorpore herramientas de diseño, control y gestión que permita la mejora continua del proyecto y elimine las actividades que provocan interferencias. También se estudian casos de construcción con el fin de obtener aprendizajes que se puedan adaptar para ser incorporados en el modelo, dentro de los que destacan la herramienta Last Planner para la planificación, la alineación entre el cliente y el contratista y la unificación de un sistema de control de gestión. Se realiza un diagnóstico de problemas a partir de la situación actual del proyecto, donde se identifican siete variables críticas que pueden generar interferencias importantes en los desarrollos futuros. Éstas corresponden a esperas por servicios, disponibilidad de equipos, espera por materiales, ventilación, acumulación de marina y planificación. Finalmente se propone un modelo de gestión operacional sobre el contrato en cuestión, que incluye un mapa gráfico del proceso de construcción y cómo las variables pueden influir sobre él. También considera un sistema de control de gestión que establece la planificación como eje principal para la mejora continua, que define objetivos sobre una serie de indicadores que permiten hacer seguimiento a las variables antes mencionadas. Estos indiciadores serán reportados de manera periódica, lo que permitirá gestionar la información mediante el análisis de los desvíos a través de reportes y reuniones específicas. En esta propuesta se incorporan prácticas que ayuden al cumplimiento de plazos y recursos planificados, lo que será transmitido al contratista bajo la supervisión de la dirección de construcción, con medidas que sean fáciles de entender y aplicar, pero a la vez que aporten efectividad. De esta manera se podrá tener un impacto real, promover la mejora continua y aportar a la productividad de una de las mayores inversiones en la historia de Codelco.

Ingeniero Civil de Minas / Uno de los principales focos de CODELCO en sus planes de negocio y desarrollo es el Proyecto Mina Chuquicamata Subterránea, el cual busca contribuir con una producción de mas de 350 [ktmf/año] en régimen y extender la vida de la División por aproximadamente 40 años. La mina subterránea esta diseñada para extraer el mineral mediante block caving, a través de cuatro niveles en una configuración de macro bloques. El objetivo principal de este trabajo es recomendar una malla de extracción para los macro bloques centrales N1 y S1 del nivel superior de la mina en función de la influencia del largo de batea y su ángulo hacia el pilar zanja en la frecuencia de colgaduras y el flujo del material fragmentado, esto último se ve representado por la altura de interacción sobre los pilares mayor y menor. Mediante un modelo físico a escala 1:50 con dimensiones de 40[cm]x70[cm]x100[cm], se realizan experimentos de flujo no confinado. El modelo permite representar las mallas tipo Teniente de 16x15[m] y 16x20[m], con largos de batea de 11[m] y 14[m] y extrapolar los resultados a una malla 16x17[m]. El plan experimental considera 6 experimentos, donde además de los parámetros de diseño se incluye un cambio en la granulometría del material utilizado, permitiendo un rango mayor de análisis y la posibilidad de comparar el comportamiento de las variables de estudio una vez que la columna de mineral se encuentra en su última fase de extracción y la fragmentación secundaria ha generado cambios significativos en la granulometría del mineral. Respecto a la frecuencia de colgaduras, los resultados muestran que el uso de la batea mas larga reduce el número de eventos en torno al 50%, el efecto de la disminución del ángulo de batea en el mismo indicador es de casi un 16%, mientras que la granulometría mas fina reduce el índice en un 58%. Para el caso del flujo, los resultados indican que el tonelaje remanente sobre el crown pillar disminuye cuando los experimentos se realizan con la batea larga y al evaluar directamente la recuperación minera ésta aumenta casi un 2%. Las variables mas importantes que afectan los resultados de este estudio son el largo de batea y la granulometría del mineral, siendo la batea larga y la granulometría fina el mejor escenario. No obstante, el uso de malla 16x20 [m] resulta mejor opción respecto a la 16x15 [m] al evaluar la frecuencia de colgaduras. La recomendación final es el uso de una malla 16x20 [m] con un largo de batea de 14 [m]. Los análisis permiten concluir sobre la influencia significativa del diseño de bateas en la productividad del proceso y sugieren una profundización en materia referente a las colgaduras en el proceso de extracción minera por block/panel caving.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Matemáticas Aplicadas. Ingeniero Civil Matemático / Un problema presente en la planificación minera es el de identificar cuál es el volumen y ubicación de material que maximice la operación de extracción dando forma a una mina a cielo abierto. El estudio matemático de este problema ha sido analizado desde los años 60 s y lo usual es discretizar el terreno en forma de bloques, conociendo en cada bloque distintas características de él, como por ejemplo, sus coordenadas y su beneficio asociado. El problema anterior haciendo uso de la discretización por bloques, puede ser formulado como uno de optimización entera denominado Final Open Pit y cuando al problema anterior se le agrega una restricción de capacidad, se le denomina Capacitated Final Open Pit. Otro problema importante, es el de planificar la operación en periodos de extracción, buscando siempre maximizar el beneficio de esta. Su formulación como problema de optimización entera utilizando el modelo de bloques se le denomina Capacitated Dynamic Open Pit. Se piensa que los bloques que son solución de este problema están contenidos en la solución del Final Open Pit. Probar esta conjetura es uno de los principales enfoques de este trabajo, y la forma para lograrlo es a través de la demostración de ciertas propiedades que cumplen los pits. Además se analizan posibles extensiones de esta conjetura al problema capacitado. Varios han sido los esfuerzos por resolver numéricamente y de forma eficiente esta familia de problemas lo que ha llevado a buscar otras formulaciones de estos mismos. Es así como surge el trabajo de Alvarez et al de 2011, en el cual se plantean los problemas usando optimización en espacio de funciones. En esta tesis, bajo hipótesis de diferenciablidad, se hace un estudio del problema en $\mathbb{R}^2$ enfocándose en caracterizar a la densidad de ganancia en el borde del pit y se formulan dos duales para este problema. Trabajando siempre con la hipótesis de diferenciabilidad se discretiza el problema en dos y tres dimensiones obteniendo algunas pruebas numéricas en casos pequeños. Finalmente, se adapta esta nueva discretización al caso del modelo de bloques y se presentan algunos resultados numéricos de éste. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por FONDECYT 1130816

Ingeniero Civil de Minas / La principal función de la planificación de corto plazo es definir el programa de producción que sustente el presupuesto de operación de una mina a nivel trimestral o anual. Este programa debe ser factible de ejecutar bajo las condiciones actuales de operación, de modo que el costo de operación del periodo planificado se cumpla con la menor desviación posible. En la minería de Panel Caving este plan de producción se basa en la secuencia de hundimiento, capacidades de acarreo y estados operacionales definidos por el plan de mediano plazo. Es así como la planificación de corto plazo debe hacerse cargo de una serie de desviaciones constitutivas del plan que sustenta la vida de la mina tales como retrasos en preparaciones mineras, disponibilidad física de infraestructura de producción, reparación de áreas productivas, entre otros. El objetivo de esta memoria de título es diseñar una metodología que permita incorporar minerales marginales y remanentes al evaluar el cierre de los puntos de extracción, de manera de alcanzar las metas productivas establecidas en los planes de largo plazo. Esta memoria se basa en la metodología de estimación de recursos remanentes diseñada e implementada en la División El Teniente de Codelco Chile. La metodología consiste en estimar los recursos remanentes en una columna de extracción a partir de las muestras extraídas en el punto de extracción y el modelo de reservas, de manera de realizar una interpolación lineal entre ambas leyes, el segundo paso consiste en incorporar los recursos marginales o de sobre extracción en los planes de corto plazo sensibilizando la ley de cierre de puntos a diferentes criterios de corte marginal. Esta metodología se aplica a la mina Esmeralda de la División El Teniente obteniéndose una estimación de recursos disponibles adicionales al programa de producción del año. A partir de estos recursos el plan de producción se construye integrando los recursos re estimados, haciendo frente a los siguientes problemas operacionales: Menor área disponible por atrasos en la incorporación, colapsos en nivel de producción, fallas en infraestructura de manejo de materiales, etc. De no incorporar estos recursos remanentes la oferta de cobre fino para el año se habría visto disminuida, afectando el cumplimiento del programa de producción. Se concluye que esta metodología es factible desde el punto de vista técnico económico de ser utilizada para estimar recursos marginales a incorporar en los programas de corto plazo con el objetivo de hacer frente a eventos operacionales no considerados en los planes de producción de largo plazo. Se recomienda incorporar una tasa menor a 15% del plan de producción como recursos marginales remanentes, para evitar fuertes desviaciones en la ley.

Doctor en Ingeniería de Minas / El modelamiento geometalúrgico de depósitos minerales está basado en el análisis de variables regionalizadas cuantitativas y cualitativas de origen metalúrgico, geológico u otros relacionados. El objetivo de este modelamiento es identificar y delimitar dominios que particionen el depósito mineral, de tal forma que los datos pertenecientes a un mismo dominio posean características similares. Estos dominios son llamados Unidades Geometalúrgicas (U.G.). Actualmente, las herramientas disponibles para identificar estas unidades no incorporan toda la información disponible, en particular, éstas no consideran la naturaleza de las variables de estudio, las que están distribuidas en el espacio y presentan una estructura de correlación espacial. Se presentaron dos propuestas que buscaron resolver este problema incorporando la distribución espacial de los datos, basándose en el Análisis de Conglomerados Jerárquicos y en la teoría de Mezclas de Distribuciones. Se presentó un marco conceptual que resumió las técnicas utilizadas para la definición de Unidades Geometalúrgicas, mostrando las variantes de cada herramienta y la teoría básica de cada método. Las propuestas se basaron en casos sintéticos que reprodujeran la naturaleza de cada problema y se aplicaron a casos de estudio reales con información geoquímica, metalúrgica y geológica. En los casos de datos simulados (estudios de casos sintéticos), fue posible realizar un análisis de sensibilidad de las propuestas postulando escenarios con diferentes complejidades. En gran parte de las simulaciones las propuestas pudieron descubrir con precisión la distribución de las Unidades Geometalúrgicas. En los casos de estudio reales Minera Escondida y Geoquímica del sector Colchane , las Unidades Geometálurgicas pudieron ser identificadas y validadas en base a descripciones geológicas de las regiones de interés. Se discutieron las ventajas de las propuestas por sobre los métodos y algoritmos tradicionales, así como diferentes oportunidades de mejoras futuras.

Doctor en Ingeniería de Minas / Esta tesis aborda el problema de planificación de la producción de largo plazo en minas de cielo abierto, considerando incertidumbre geológica. La solución de este problema define cómo y cuándo se extraerán las reservas mineras, generando una promesa que compromete la producción en el tiempo. Debido a la envergadura del problema es usual dividir en tres etapas el proceso de planificación, generando tres problemas relacionados que son resueltos secuencialmente para obtener un plan de producción tentativo, a saber: (i) la determinación del pit final, que consiste en delimitar la subregión de la mina donde se realizará la extracción; (ii) la selección de pushbacks, que corresponden a una partición del pit final que permiten guiar la secuencia de extracción y controlar el diseño; y por último, (iii) el agendamiento temporal de la producción, que se encarga de definir dentro de cada pushback cuándo serán extraídas las distintas zonas y cuáles de ellas serán procesadas. Si bien la incertidumbre geológica no es considerada en la metodología tradicional, la mayoría de los esfuerzos realizados para incorporarla sólo lo han hecho dentro de la etapa de agendamiento, definiéndolo dentro de un pit final determinista, en cuyo interior se dispone de un conjunto de escenarios que modelan la incertidumbre. Es más, estos resultados ni siquiera consideran la selección de pushbacks como una etapa dentro del proceso, pasando directamente de una definición determinista de pit final al agendamiento bajo incertidumbre, lo que puede generar resultados difíciles de operativizar. En este trabajo de tesis se propone y evalúa una metodología que incorpora la incertidumbre geológica en las tres etapas mencionadas. Para cada una de ellas, se proponen y evalúan modelos que consideran el riesgo asociado al desconocimiento que se tiene de la zona mineralizada. Las principales contribuciones de esta investigación son: (i) desarrollo de un modelo multiobjetivo que permite generar la frontera eficiente de alternativas de pit final en el plano valor esperado-riesgo; (ii) definición de un nuevo modelo que automatiza la selección de pushbacks a partir de un conjunto de pits anidados y criterios bien definidos; e (iii) implementación de un modelo que maximiza el valor descontado y, a la vez, minimiza el costo total de la incertidumbre asociado a las desviaciones de los objetivos de producción, cuando se considera un conjunto de escenarios que caracterizan la incertidumbre de leyes. Estos nuevos modelos consideran la evaluación del riesgo en todas las etapas, permitiendo generar planes de producción más robustos. En el caso de estudio presentado, los resultados muestran que se puede obtener un incremento de valor descontado en 2% y, más importante aún, que el costo total de la incertidumbre se reduce en un 68%, respecto a la metodología usual que no considera la incertidumbre. Por lo tanto, se pueden tomar mejores decisiones en la planificación de la producción de largo plazo de minas a cielo abierto.

Magíster en Minería. Ingeniero Civil de Minas / En general, la planificación minera se lleva a cabo para el desarrollo de planes de producción utilizando parámetros fijos, que ofrecen poca flexibilidad para cambiar estos planes en caso de eventos no planificados. Por ejemplo, el layout de la mina crece, pero es muy común que la productividad del equipo se calcule con parámetros fijos que no consideran el avance de los nuevos desarrollos y no utilizan el cambio de rendimiento de los equipos. Por lo tanto, es importante introducir variables durante el proceso de planificación, que permiten una mejor alineación con las condiciones reales de minería y permitiría disminuir la incertidumbre operativa hacia el desarrollo de un plan de producción más ágil. La metodología propuesta plantea la retroalimentación entre un modelo matemático o de optimización y un modelo de simulación, con los cuales se desea construir un plan minero operativo, el que cuenta con actividades de preparación y explotación, simultáneamente, y que considere ciertos parámetros geomecánicos que afecten los rendimientos de los equipos. Los resultados muestran que la metodología propuesta genera un cambio de agendamiento y secuenciamiento en las actividades resultantes de un plan de producción inicial, y que el proceso iterativo tiende a estabilizar la variación obtenida mientras se realizan nuevas iteraciones. Además se logra insertar parámetros geomecánicos como la dilución y la calidad de roca, con lo cual las tareas toman cantidades de tiempo distintas para ser finalizadas, afectando el plan de producción. La presente metodología permite un aumento de la adherencia al plan de producción, considerando así la variabilidad operacional referida a las actividades unitarias, por lo que se logra caracterizar la incertidumbre operacional existente. Finalmente, permite elaborar planes de producción que mezclan un modelo de optimización matemático y un modelo de simulación operativo, permitiendo generar un plan productivo de mayor información. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por AMTC / 26/05/2020

En este informe se presenta el tema memoria desarrollado, el cual tiene relación con el rediseño del proceso de control del proceso productivo de la División Los Bronces, con la finalidad de implementarlo en un centro integrado de operaciones, el cual busca mediante la integración de los subprocesos y de su información, reducir costos y aumentar la producción, que es una consecuencia de la reducción de la variabilidad de los procesos (producir lo que se planificó), ya que esto último es lo que busca la División. El estudio se centró en el proceso de control de producción de concentrado de cobre, el cual consta de las etapas de Mina, Chancado, Molienda, y Flotación. Se analizaron los procesos actuales de control y análisis de cada una de estas etapas, siguiendo la metodología de Rediseño de procesos, modelando los procesos con el Modelo BPMN y Diagramas de Roles. A partir de la situación actual junto con la medición de la eficacia del proceso, se detectó que en la mayoría de los indicadores se estaba por debajo del valor Budget, y más importante aún la producción de concentrado de cobre de este año está un 10% debajo de la planificación, además de que las mantenciones no programadas aumentaron, generando que los costos de mantención sean un 20% más altos. Estos resultados son consecuencia de problemas como que las predicciones de equipos se realizan sólo en base a tendencias de sus parámetros operacionales, los operadores de las salas de control no siempre informan los eventos inmediatamente, se producen fallas por errores en la sala de control 1 vez cada 2 meses, y no se cumplen los compromisos mutuos pactados. Estos problemas son generados por el poco análisis de la información, puesto que al tener cada subproceso sus propios objetivos y metas (el proceso no es visto como una sola cadena de valor), controlan en base a sus recursos e información disponible, sin que la etapa que precede y procede tenga visibilidad a datos claves de los otros subprocesos para su operación. Esto además, es consecuencia de lo poco integrado que están los sistemas de control, y de la poca colaboración existente entre las áreas. Como propuestas de mejora se sugiere que se mejore el control del proceso a través de una gestión integrada de la cadena de valor, una orientación hacia una estrategia de mantenimiento de tipo predictivo, con un monitoreo y control más que de resultados finales (preocuparse no sólo del qué, sino que también del cómo), e integrar una estación de control para lo que es abastecimiento y agua. También se sugiere que se aumente y mejore el análisis guardando los reportes de los turnos en el sistema, analizar estos reportes, e integrar los sistemas, de manera que los analistas de todos los subprocesos puedan ver la información que les sea importante para su etapa. Si se logra hacer un control y análisis de manera integrada, compartiendo resultados, condiciones y conclusiones, se tendrá un beneficio de US$ 19,6 millones anuales, que vienen de un aumento de la producción por un mejor control de la variabilidad del nivel del stock pile y de la flotación, junto con una disminución de los costos de mantención. Este valor representa un 3,2% de las utilidades anuales de la División.

Ingeniera Civil de Minas / Cumplir con los proyectos de preparación minera asegura la continuidad operacional de los procesos de extracción de mineral, por lo tanto, la gestión de los recursos y el control de las actividades programadas son clave para obtener los resultados esperados y asegurar la producción. La planificación de la preparación minera actualmente no considera variabilidad en sus cálculos debido a que ésta se basa principalmente en rendimientos estimados mediante planillas de cálculo. Planificar de esta manera no permite incorporar todas las interferencias que se dan en proyectos de preparación minera, y por lo tanto, cuantificarlas con anticipación. Debido a esto, el objetivo de esta investigación es proponer una metodología para crear un modelo de simulación que incorpore interferencias operacionales enfocado a desarrollos horizontales con múltiples frentes en minería de Block/Panel Caving. La metodología propuesta consta de 8 etapas: formulación del problema, modelo conceptual, recolección y análisis de datos, modelo computacional, verificación del modelo, validación del modelo, definición de escenarios y análisis de sensibilidad, y finalmente, documentación de los resultados. Con el objetivo de aplicar esta metodología y analizar sus resultados se crea un modelo de simulación utilizando el software de simulación de eventos discretos ProModel. Para ello se consideró un caso base que considera el desarrollo de cuatro frentes múltiples realizadas por perforación y tronadura en un nivel de producción de una mina explotada por Block Caving. Las principales interferencias consideradas en el modelo de simulación son: fallas, mantenciones programadas y petroleo de los equipos principales asociados al desarrollo de las calles, demoras por traslado de personal en los cambios de turno y colación, disponibilidad de servicios en la frente (aire compromido, agua, energía eléctrica), uso de rutas exclusivas durante el traslado de marina con LHD y curva de aprendizaje que afecta los resultados al inicio de la simulación. A pesar de que el modelo de simulación creado es un modelo optimista (roca de buena calidad), el rendimiento promedio es de 224 m/mes cuando se desarrollan las cuatro calles por completo (350 metros cada una), rendimiento que se encuentra dentro del rango esperado en proyectos de este tipo. Dentro de las principales conclusiones se obtiene que el uso de la simulación como herramienta para planificar permite incorporar y cuantificar el impacto de las interferencias operacionales en el sistema, por lo tanto representa una mejora a lo que se realiza actualmente. Además, la metodología propuesta deja en evidencia que la elaboración del modelo conceptual es una de las etapas más relevantes debido a que es una guía de construcción para el modelo de simulación y define también una línea base para el levantamiento de datos e información. Si bien el modelo de simulación creado en esta investigación no considera todas las variables que debiese contener, permite comparar escenarios, y por lo tanto, los modelos de simulación son herramientas de toma de decisiones si se hacen los supuestos adecuados.