Metodologia heurística para otimização do arranjo de realces abertos e pilares verticais no método sublevel open stoping

Abstract

Um projeto otimizado de lavra deve priorizar o equilíbrio entre segurança e retorno econômico. Dessa forma, o algoritmo de otimização do layout de lavra precisa incluir no valor econômico, o custo do desempenho geomecânico do cenário otimizado, em função da diluição do minério e em função de problemas de falha de pilares. A meta deste trabalho é a proposta de uma metodologia integrada de otimização econômica do arranjo dos realces abertos (open stopes) e os pilares verticais (rib pillars), com o desenvolvimento de um algoritmo evolutivo, incorporando os critérios estabelecidos, como tamanho mínimo dos realces, tamanho mínimo dos pilares, diluição máxima aceitável e porcentagem máxima aceitável de falha nos pilares, que não comprometa a estabilidade global da lavra. Para verificar as metas estabelecidas, foi considerado um estudo de caso de um painel de lavra, de extensão de uma mina subterrânea de ouro, que utiliza o método de lavra de realces em subníveis abertos, com sequência de lavra descendente, onde pilares verticais são deixados de maneira permanente. A primeira etapa do algoritmo é gerar cenários aleatórios, que sejam válidos do ponto de vista das restrições estabelecidas. Na segunda etapa estes cenários serão sorteados para que o algoritmo genético realize cruzamentos, gerando novos indivíduos. Cada novo individuo gerado precisará ser quantificado economicamente, considerando o desempenho geomecânico fornecido pelo modelo numérico. O algoritmo é finalizado quando se atinge o número máximo de gerações definida, ou ainda se durante várias iterações não ocorre melhora no resultado. Ao se comparar o cenário ótimo, obtido pela empresa, considerando a metodologia tradicional, e o cenário ótimo obtido pela nova metodologia proposta se verifica que ainda que o lucro líquido seja menor no caso da metodologia proposta, a diluição potencial foi minimizada, assim como a porcentagem de falha dos pilares, ao mesmo tempo que preserva o mesmo teor médio. Também foi possível verificar que o algoritmo é capaz de compensar as variações dos parâmetros inseridos, selecionando cenários com tamanho médio de realces e pilares maiores ou menores, e consequentemente variando o número total de pilares e realces obtidos, sempre em função de um melhor resultado econômico. A metodologia proposta provou que é possível realizar uma otimização integrada, considerando os custos inerentes à lavra, juntamente com o custo do desempenho geomecânico do cenário.

An optimized mining project must always consider the balance between safety and economic return. Thus, the optimization algorithm needs to include in the economic value, the cost of the geomechanical performance of the optimized scenario, as a function of ore dilution and as a function of pillar failure problems. The aim of this work is to propose an integrated methodology for the economic optimization of the arrangement of open stopes and rib pillars, with the development of an evolutionary algorithm, incorporating established criteria, such as minimum size of stopes, minimum pillars size, maximum accepted dilution and maximum acceptable percentage of pillar failure, without compromising the global stability of the mine. To verify the established goals, it was considered a case study of a mining panel, an extension of an underground gold mine, which uses the method of sublevel open stopes, with a top-down mining sequence, where vertical pillars are left permanently. The first step of the algorithm is to generate random scenarios, which are valid from the point of view of the established restrictions. In the second stage, these scenarios will be randomly selected for the genetic algorithm to perform reproduction, generating new individuals. Each new individual generated will need to be economically quantified, considering the geomechanical performance provided by the numerical model. The algorithm is terminated when the maximum number of generations defined is reached, or even if during several iterations there is no improvement in the result. When comparing the optimal scenario, obtained by the company, considering the traditional methodology, and the optimal scenario obtained by the new proposed methodology is that even though the net profit is lower in the case of the proposed methodology, the potential dilution was minimized, as well as the percentage of pillar failure, while preserving the same average content. It was also possible to verify, in the other optimizations performed, that the algorithm can compensate for the variations of the parameters entered, selecting scenarios with an average size of larger or smaller stopes and pillars, and consequently varying the total number of pillars and stopes obtained, always depending on of a better economic result. The proposed methodology proved that it is possible to carry out an integrated optimization, considering the costs inherent to mining, together with the cost of the geomechanical performance of the scenario.