Modelado de la variabilidad en el rendimiento de camiones mineros utilizando simulación con JAAMSIM

• JHORDAN IVAN PANEZ MEZA
• Sept. 11, 2023

La industria minera es una de las actividades económicas más importantes en todo el mundo. Para mantener la eficiencia en las operaciones mineras, es fundamental comprender y gestionar la variabilidad en el rendimiento de los equipos utilizados en la extracción de minerales. Uno de los equipos esenciales en esta industria son los camiones mineros, que transportan grandes cantidades de material de un lugar a otro dentro de la mina. La simulación es una herramienta poderosa que permite evaluar sistemas complejos, especialmente en la industria minera. En particular, el modelado de la variabilidad en el rendimiento de camiones mineros utilizando simulación con JAAMSIM puede proporcionar información valiosa para mejorar la eficiencia y productividad de las operaciones mineras, incluyendo:

 

• La condición del material

• Las condiciones climáticas

• El estado de la maquinaria

• Los tiempos de carga y descarga

• Los tiempos de viaje

 

Al modelar la variabilidad en el rendimiento de los camiones con JAAMSIM, los usuarios pueden obtener una mejor comprensión de cómo estos factores afectan a la eficiencia y la rentabilidad de las operaciones mineras. Esto puede ayudar a optimizar las operaciones y mejorar el rendimiento.

 

¿Qué es JAAMSIM?

JAAMSIM es un software de simulación de eventos discretos que se utiliza en una variedad de industrias, para modelar sistemas complejos y comprender su comportamiento en diferentes situaciones. Ofrece una plataforma flexible y poderosa para simular procesos y operaciones, lo que lo convierte en una herramienta valiosa para la industria minera.

 

Beneficios de la Simulación con JAAMSIM

• Mejora de la toma de decisiones: La simulación permite a las empresas mineras tomar decisiones informadas sobre la gestión de flotas de camiones y la asignación de recursos.

 

• Reducción de costos: Al comprender y anticipar la variabilidad en el rendimiento, las empresas pueden reducir los costos operativos y minimizar el tiempo de inactividad no planificado.

 

• Optimización de operaciones: La simulación permite optimizar la programación de camiones y las rutas de transporte para maximizar la eficiencia.

 

¿Por qué es importante la simulación en minería?

La industria minera involucra una serie de procedimientos y maquinaria, cada uno caracterizado por su propia diversidad y nivel de dificultad. Un ejemplo de ello es el sistema de transporte de materiales en la minería a cielo abierto, que a menudo constituye una parte sustancial de los gastos operativos de la mina. Este sistema, comúnmente conocido como "pala-camión", presenta un nivel de complejidad considerable al momento de su análisis debido a la incertidumbre en las operaciones y las interacciones internas entre los equipos dentro de dicho sistema.

 

 

¿Cómo se utiliza JAAMSIM en este contexto?

JAAMSIM, como un software de simulación, brinda la capacidad de representar estos sistemas de alta complejidad. A través de la simulación, se puede analizar el efecto de las modificaciones en los procedimientos y descubrir conexiones significativas entre la variabilidad y aspectos como el trabajo en proceso (WIP), el tiempo de ciclo, el rendimiento y la utilización.

 

En el contexto del desempeño de los camiones mineros, JAAMSIM se emplea para modelar la variabilidad en su funcionamiento. Esto implica considerar elementos como el tiempo que toma cada ciclo del camión, las circunstancias operativas en tiempo real y las restricciones en la movilidad de los materiales en diversas áreas de descarga.

 

Simulación y Modelado en Sistemas de Minería Camión-Pala: Enfoques y Aplicación

El método de minería camión-pala se destaca como uno de los enfoques más versátiles aplicables en operaciones de minería a cielo abierto. Este método típicamente involucra la utilización de palas excavadoras y flotas de camiones asociadas. Las palas se encargan de cargar material, que puede variar en calidad, en camiones, los cuales luego transportan la carga desde las áreas de carga hasta puntos de procesamiento o vertederos de desechos. La eficiencia de un camión en operación se encuentra determinada por la carga efectiva que transporta y el tiempo requerido para completar un ciclo. Cada ciclo de camión abarca actividades como la detección y carga, el transporte con carga, la descarga, el retorno sin carga, períodos de espera, e incorpora demoras operativas.

 

En sistemas de minería camión-pala, las interacciones complejas y dinámicas entre las variables relacionadas con el transporte hacen que el uso de métodos analíticos resulte inviable para desarrollar modelos efectivos. La simulación, en cambio, brinda la posibilidad de evaluar los aspectos estáticos, dinámicos y aleatorios presentes en estos sistemas, además de proporcionar una herramienta de gestión que facilita la evaluación y comparación de diversas alternativas, mejorando así el proceso de toma de decisiones.

 

En cuanto al nivel de detalle en el modelado, actualmente existen dos enfoques en simulación para abordar el control de tráfico en estos sistemas. Por un lado, el enfoque macroscópico describe el flujo de tráfico y la densidad de forma general, utilizando objetos de tráfico de bajo nivel de detalle. Por otro lado, el enfoque microscópico se caracteriza por su alto nivel de detalle y considera elementos individuales del tráfico, como unidades de vehículos, rutas de transporte, interacciones entre las unidades de vehículos y la influencia de la red de tráfico en dichas unidades.

 

Simulación de eventos discretos para un sistema camión-pala

Se creó un modelo de simulación de eventos discretos llamado Simulador Truck and Shovel JaamSim (TSJSim) para analizar los indicadores cruciales de desempeño (KPI) de los sistemas mineros de camión-pala. Este modelo considera cada camión como una unidad de vehículo independiente que interactúa en tiempo real con otros camiones en el sistema, así como con otros elementos en toda la red de tráfico.

 

Fig.1 Objetos del modelo TSJSim

 

TSJSim incorpora las características estocásticas, dinámicas e interactivas que son inherentes a un sistema de red camión-pala. Se introdujeron doce nuevos elementos, representados en la Fig. 1, con el propósito de modelar un sistema típico de red minera camión-pala.

 

Los elementos clave en el modelo de simulación incluyen OreGenerator, OreSink, OreEntity, Truck, Loader, Dump, Queue, Route, RouteIntersection, RouteSafeZone, Truck-allocation Strategy y LoaderOperator. Desde una perspectiva de modelación, el sistema de camión-pala en la minería se concibe como un sistema de gestión de materiales, en el cual la entidad representativa del material extraído fluye a través del sistema. Los camiones, encargados de transportar dicho material dentro del sistema, operan entre las estaciones de carga y descarga. El flujo lógico fundamental del modelo del sistema camión-pala en TSJSim se presenta en la Fig. 2.

 

Fig. 2 Diagrama de proceso de flujo del modelo del sistema camión-pala en TSJSim

 

El modelo de simulación TSJSim se emplea para la evaluación de los indicadores clave de rendimiento (KPI) en el contexto del sistema de camión-pala en una operación minera a cielo abierto. TSJSim considera cada camión como una entidad de vehículo independiente que mantiene una interacción dinámica tanto con otros camiones dentro del sistema como con otros elementos en la red de tráfico. Este modelo recién desarrollado proporciona la capacidad de analizar los efectos del agrupamiento, la gestión del tráfico en las intersecciones y las estrategias de asignación de camiones dentro de un sistema de camión-pala en una mina superficial. Además, el modelo también puede ser empleado para calcular el tamaño óptimo de la flota de camiones necesaria para la totalidad del sistema de red de camión-pala.

 

Conclusión

La aplicación de la simulación con JAAMSIM para modelar la variabilidad en el desempeño de camiones mineros representa una estrategia eficaz para elevar la eficiencia y la productividad en las operaciones mineras. Al tomar en cuenta la variabilidad intrínseca de estos sistemas complejos, es posible identificar oportunidades de mejora, tomar decisiones basadas en información precisa y gestionar de manera eficiente la variabilidad. Esto, a su vez, puede resultar en un aumento de la rentabilidad y la sostenibilidad en la industria minera. No obstante, es esencial recordar que la simulación es solo una herramienta y debe emplearse en conjunto con otras estrategias y tecnologías para lograr los mejores resultados.

 

Referencias Bibliográficas

1. Baafi, E. Y., & Zeng, W. (2002). A discrete-event simulation for a truck-shovel system. International Journal of Production Research, 40(10), 2515-2531.

2. Sáez Muñoz, N. E. (2014). Simulación on-line para el despacho de camiones mineros en operaciones a cielo abierto. Tesis de maestría, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile.