Planificación de construcciones subterráneas con métodos estocásticos

Abstract

A Xile, la mineria subterrània construeix més de 70.000 metres de labors horitzontals a l’any, la qual cosa significa una inversió superior als 70 milions de dòlars en el mateix període. Per altra banda, considerant la importància operativa que té aquest tipus d’infraestructures, atès que serveix d’accés als cossos mineralitzats i preparació de les unitats d’explotació, fa que la planificació prengui vital importància. El present treball proposa una metodologia de simulació mitjançant el mètode de Monte Carlo i pretén ser un recolzament a la planificació, permetent d’obtenir una estimació més certa dels temps de construcció d’aquest tipus d’infraestructures, considerant la metodologia de construcció mitjançant perforació i voladura. Per a l’ús del mètode de Monte Carlo, s’identifiquen les operacions unitàries que comprenen el cicle de construcció del túnel mitjançant perforació i voladura, i se’ls hi assignen distribucions de probabilitat, les que mitjançant la generació de nombres aleatoris fa possible simular el temps total de construcció. Els resultats obtinguts mitjançant la metodologia plantejada es contrasten amb un cas real, on es pot observar que els terminis obtinguts per la simulació s’ajusten millor als temps reals de construcció del túnel que els planificats mitjançant mètodes convencionals. A més, aquesta metodologia ha estat emprada per poder obtenir la millor configuració de la jornada de treball, segons allò permès per la legislació laboral xilena, amb la finalitat de minimitzar el temps de construcció del túnel. Per últim, ha estat simulada la construcció dels túnels d’injecció 11 i 12 de la mina Chuquicamata Subterránea, aconseguint evidenciar les bondats del mètode en el moment de tenir una estimació de la finalització de la construcció de les obres.

En Chile se construyen más de 70 km anuales de túneles mineros con una inversión superior a 270 millones de dólares. Dada la importancia que tiene este tipo de infraestructuras, ya que sirve de acceso al mineral, la planificación es vital. El presente trabajo propone una metodología de simulación mediante el método de Monte Carlo que pretende servir de apoyo a la planificación, permitiendo obtener una estimación más certera de los tiempos de construcción de este tipo de infraestructuras. Mediante el método de Monte Carlo se identifican las operaciones unitarias que comprenden el ciclo de construcción del túnel mediante perforación y tronadura, asignándoles distribuciones de probabilidad, para que mediante la generación de números aleatorios sea posible simular el tiempo total de construcción. Los resultados obtenidos mediante se contrastan con un caso real, observando que los plazos obtenidos mediante la simulación se ajustan mejor a los tiempos reales de construcción del túnel que los planificados mediante métodos convencionales. Se utilizó esta metodología para obtener la mejor configuración de la jornada de trabajo y su duración, según la legislación laboral de Chile. Por último, se simuló la construcción de los túneles de inyección 11 y 12 de la mina Chuquicamata Subterránea, logrando evidenciar las bondades del método en el momento de tener una estimación de la finalización de las obras.

Every year approximately 70,000 meters of tunnels with different sections are excavated in Chile for underground mining and civil works. The investments involve approximately 70 million dollars per year. In the mining industry this kind of infrastructure is very important as they serve to access the ore zones and prepare the ore excavation. This work proposes a simulation algorithm based on Monte Carlo method that can provides the best estimation of the opening excavation times considering the classic method of drilling and blasting. To use the Monte Carlo method, the unit operations involved in the underground excavation cycle is identified and is assigned to them probability distributions which, by means of the generation of random numbers, make it possible to simulate the total excavation time. The results obtained by this method are compared with a real case where it can be seen that the times obtained by the simulation fit better the real tunnel construction times than those planned by means of conventional methods, and they also allow getting scenarios that can be important decision parameters at the time of planning a project of this kind.