Introducción al diseño de Métodos explotación por

hundimiento

Diploma en Diseño de Minas Explotadas por Hundimiento

Modulo 3. Diseño Minero

Contenidos

• Definiciones básicas método explotación• Características básicas • Variantes / Clasificacion del método de

explotación por hundimiento• Parametros que definen el diseño minero

Clasificación métodos subterráneosR

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Naturally Artificially Unsupported

Underground mining methods

Support of the underground cavity being mined

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Block y panel caving

• Block cavingBlock caving – Método de explotación masivo en la cual un bloque de mineral en algunos casos representando el area basal del cuerpo mineralizado se corta en su base y luego a partir de la extracción se produce la propagación del hundimiento

• Panel cavingPanel caving – es una forma del método de hundimiento en que bloques consecutivos se hunden en forma continua de modo de evitar la dilución lateral y los esfuerzos de relajación producidos en el método convencional de block caving.

Datos de Block Caving

Se usa en muchas de las minas subterráneas mas grandes del planeta

Alta producción: 12,000 a 48,000 tpd/ sector

Costo mas bajo de producción que cualquier otro método subterráneo

Excelente productividad (ton/turno-hombre)

Se puede automatizar

Bajo grado de selectividad

Se requiere mano de obra especializada

Características principales

• Producción 12000 a 48000 tpd

• Dilución 20%

• Recuperación minera 75%

• Costo operación 2.1-5$/t

Aplicación del método

• Geología: Pipas, Porfidos, mineralización masiva

• Geometría: Yacimientos que pueden sustentar un gran area

• Macizo rocoso: debil para iniciar caving y lo suficientemente resistente para mantener el nivel de producción (4A-2B, Laubscher 1990)

• Patrón estructural para propagar el caving• Baja variabilidad en leyes

Minas en operación/agotadas y en etapa de proyecto

Kimberley Cullinan

Palabora

King

Shabani

Finsch

ArgyleTelfer

Mount Keith

Mt Lyell

Cadia EastNorthparkes

Santo Thomas IIDidipio

Tongkuangyu

Grasberg

Salvador

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San Manuel

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Bingham Canyon

Jeffrey

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Planned operations

Operating and closed mines

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Evolución de la producción en metodos de masivos subterráneos

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1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

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El Teniente

Henderson

Salvador

Evolución de la profundidad en metodos masivos subterráneos

Producción anual

Mina Pais Layout Producción (Mt) Productos

El Teniente Chile LHD/Parrillas 54 CobreEl Salvador Chile LHD 10 CobreAndina Chile LHD/Parrillas 16 CobreHenderson USA LHD 5.4 MolibdenoBell Canada LHD 0.9 AsbestosPremier Sudáfrica LHD 3 DiamantesShabanie Zimbawe LHD 1.3 CobrePhilex Filipinas LHD/Parrillas 10 CobreLutopan Filipinas Parrillas 9.4 CobreFreeport Indonesia LHD 18 Cobre/OroNorthparkes Australia LHD 3.9 Cobre/Oro

Clasificación metodos hundimiento

The whole column height is broken by blasting and/or other artificial methods

Sublevel caving

Caving by blasting with long holes

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Part o the column height is broken by blasting and/or other artificial methods

Advanced undercutting

Pre-undercutting

Conventional

Block caving with one or more levels to induced caving by blasting

Without crown pillar

Grizzly

Scrapers

L H D

With crown pillar

Macrotrench orsublevel + block/panel caving

Panel caving with one or more levels to induced caving by blasting

The breakage of the column height is due to gravity and the undercutting of the base of the

block / panel

Advanced undercutting

Pre-undercutting

Conventional

Block caving

Without crown pillar

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With crown pillar

Panel caving

The whole column height is broken by blasting and/or other artificial methods

Sublevel caving

Caving by blasting with long holes

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Part o the column height is broken by blasting and/or other artificial methods

Advanced undercutting

Pre-undercutting

Conventional

Block caving with one or more levels to induced caving by blasting

Without crown pillar

Grizzly

Scrapers

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With crown pillar

Macrotrench orsublevel + block/panel caving

Panel caving with one or more levels to induced caving by blasting

The breakage of the column height is due to gravity and the undercutting of the base of the

block / panel

Advanced undercutting

Pre-undercutting

Conventional

Block caving

Without crown pillar

Grizzly

Scrapers

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With crown pillar

Panel caving

Metodos de explotación en minería por hundimiento

• Block Caving• Panel Caving• Block/Panel Caving Inclinado• Front Caving

Alternativas no probadas:

• Macro Bloques• Macro Zanjas• Minería Continua

Sistemas de producción principales

Grizzly/ manualLHD

Fine material complete gravity flow modelHighly productive 0.75 t/m2/día, lower operations cost 2.5 $/t high capital cost 1500 $/m2

Coarse rock, equipment can handle different volumes Productivity 0.55 t/m2/día, Operation cost 3.5 $/t Capital cost 700$/m2

Block caving, Miami Mine, Arizona, USA

(Lewis & Clark 1964)1.15

Diseño de la base:

•Block caving con fragmentación fina (<0,5 m)•Puntos de extracción estan espaciados equidimensionalmente•Requiere perforación manual durante la preparación•Utiliza un diseño gravitacional integral•Inicialmente espaciamiento a 4,8 x 4,8 m a 9 x 9 m•Altas productividades por hombre (800 ton/turno/hombre)

SISTEMA DE TRASPASO GRAVITACIONAL (PARRILLAS-GRIZZLY)

Zanjas recolectoras en sistema de parrillas

DDDD

Nivel de producción en parrillas

Block Caving con scrapers

cabecera

Block caving -LHD

Block Caving InclinadoGeneralidades

Metodo hibrido entre Sub Level Caving y Block Caving

Se hunde el mineral y esteril

Se conoce ademas como “False Footwall layout” porque la inclinación de los puntos de extracción es menor que la pared yacente

Ejemplos:

Shabanie

King Mine – Zimbabwe / False Footwall / 2000 tpd

Bell Mine- SLS truncado 5000 tpd

Cassiar Mine- SLS truncado (4500 tpd)

Haverlock Mine- Swaziland

Generalidades método

King Section, Gaths Mine

Dirección del hundimiento

•Slots son 10 m de altura – 2 m de ancho

•Se construye un slot sobre el ultimo nivel para conectar el borde del yacimiento

•El hundimiento comienza cuando se han conectado los niveles formando un angulo de 45°

•El mineral del ultimo nivel se recupera mediante SLC

Inclined drawpoint

Inclined – Egg Box

Bell Mine

CROSS SECTION OF EGGBOX LAYOUT

Aplicaciones del metodo inclinado

• Yacimientos masivos ubicados en roca poco competente donde no es posible mantener un diseño horizontal debido a problemas de estabilidad (IRMR=20-50, 3A-3B).

• Diseño debe pasa a través de una zona de falla extensa a traves del rumbo del yacimiento

• Yacimientos inclinados (Dip < 60°)

• Se busca mecanización aún en mala condición geotecnica del macizo (LHDs) – 2-2,7 m3

Ventajas y desventajas respecto a diseños horizontales (Laubscher, 2000)

Ventajas Desventajas

1. Alta productividad ya que existen la posibilidad de tener un mayor numero de puntos de extracción en un menor espacio

2. El largo de los LHDs no es restricción para el diseño

3. El desgaste de viseras no parece ser un problema y puede retroceder hacia una posición más estable

4. Puede manejar de mejor manera condiciones muck rushes y permite un tiraje mas uniforme

5. La reparación de puntos de extracción no interfiere mayormente a producción

6. El angulo de puntos puede ser ligado al del talud

7. El nivel de extracción esta soportado por roca solida haciendo un diseño del nivel de producción más estable

8. Mejor recuperación en yacimientos inclinados y cuando existe potencial de tiraje inclinado

1. Altos costos de capital (30 – 50% mas que en diseño convencional).

2. La ventilación es mas dificultosa

3. Varios niveles reducen la posibilidad de supervisión

4. Sujeto a daño severo si no se distingue la posibilidad de formación de cuñas

5. No se puede variar mayormente el rumbo a lo largo de puntos de extracción.

6. Se debe mantener un estricto control de tiraje para asegurar interacción entre puntos para evitar dilución.

7. Largo de cables electricos puede ser excesivo

Front cave

Metodo:

Es una combinación entre SLC y Block Caving

Se basa en puntos temporales que retrasan desde un slot ubicado al centro o a un costado del yacimiento

El nivel inferior actua como nivel de producción mientras que el los niveles superiores son de hundimiento/producción

Mina Koffiefontein

Macrozanjas

Ref. Diaz y Tobar (2000). MassMin2000

Pre acondicionamiento

Pre-acondicionamiento es un conjunto de procesos mineros implementado antes de la iniciación del caving cuyo objetivo es alterar las caracteristicas mecanicas del macizo rocoso a fin de mejorar sus condiciones de hundibilidad y de fragmentación, logrando de esta forma aplicar metodos por hundimiento de forma existosa en macizos competentes.

• Pre acondicionamiento mediante fracturamiento hidraulico

• Pre acondicionamiento mediante fracturamiento por perforación y tronadura

Pre acondicionamiento mediante fracturamiento hidraulico

• Tecnica surgida en minería del petroleo y del gas.

• Se basa en creación de fracturas que son normales al esfuerzo principal menor mediante el ingreso de agua a presión que vence la resistencia a la tracción del macizo.

• El método de HF se basa en la creación de estructuras artificiales en el macizo, lo que disminuye el RQD aumenta la porosidad, aumenta la presión de poros y el deslizamiento de estructuras existentes disminuyendo su resistencia al corte.

• Se ha medido que la velocidad de onda en compresión Vp disminuye en un 15% macizos acondicionados respecto a la velocidad de propagación en el macizo in situ o sin tratamiento.

• Estudios de caso en mina Northparkes y el Salvador

Experiment site

Lift 2 Block

Lift 1 Block CaveLift 1 Extraction

Level

Lift 2 Extraction Level

drill holes

Experimento a escala industrial – Mina Northparkes

Se utilizaron los sondajes de exploración en el nivel 9700 a 250 sobre el nivel de producción.

Se utilizó uno de los sondajes para inyectar el agua a presión mientras que los otros para mediciones de orientación y velocidad de las estructuras creadas.

Se utilizaron packers espaciados a 0,5 m para crear un total de 8 fracturas

Las fracturas fueron semi horizontales y se extendieron por 30-50 m desde los puntos de inyección

Van As et al (2004)

• Este metodo de acondicionamiento usa tronadura confinada para debilitar el macizo mediante la creación de micro-estructuras y desplazamiento de superficies existentes

• El objetivo del metodo es:

– Aumentar el grado de homogenidad en el macizo rocoso a traves de la creación de micro estructuras reduciendo la rigidez del macizo y disminuyendo su capacidad de acumular energia, mejorando la condición de estallidos de roca.

– Mejorar la fragmentación en mineral masivo

– Promover deformaciones de corte en estructuras existentes

Pre acondicionamiento mediante fracturamiento usando explosivos

13 m

26 m

Experimento a escala industrial – Mina Andina

Acondicionamiento por explosivos en mina Andina

Dia 28 de Septiembre 2001

Cantidad de Tiros : 19

Diametro de los Tiros : 5 1/2”

Explosivo de Columna : Emulsión

RS-5 Dend : 1.15 gr/cm3

Sistema de Iniciación : Detonadores electronicos

Cantidad de Explosivo : 29500 Kg.

Longitud de Carguío : 85 m

Longitud de los Tiros : 100 y 112 metros

Area a Cubrir : 7000 m2

Tiempo de la Tronadura : 26 ms

Hora de Detonacion : 16 Hrs

Experimento a escala industrial – Mina Andina

Apablaza (2004)

Caving inducido - forzamiento

Hundimiento forzado o asistido se ha empleado largamente en block/panel caving para asegurar la propagación del hundimiento o inducirlo cuando este se ha colgado.– Uso de slots– Pre corte en bordes del cuerpo– Tronadura – Fracturamiento hidráulico

Uso de slotsEl objetivo del uso de slots es disminuir la transferencia de esfuerzos horizontales en el cave back mediante la creación de excavaciones verticales en lugares distintos y opuestos del bloque.

El slot se vacia a fin de disminuir el apoyo del bloque a hundir.

Tambien se pueden crear a partir de una chimenea en una esquina creando dos slots adyacentes.

Generalmente los slots son menores que la altura de columna, por lo que ayudan en etapas iniciales del hundimiento

Usado en hundimientos de sectores nuevos

Pre corteEn este metodo, tiros largos se perforan y tronan para debilitar el borde del bloque a ser hundido, sin embargo no se remueve la roca.

El precorte busca disminuir la posibilidad de la formación de arcos estables y promover la generación de esfuerzos de tracción en el macizo.

Los resultados de esta tecnica no han sido del todo efectivo pues los esfuerzos pueden traspasar la zona de mineral quebrado siendo en este sentido más efectivo el uso de slots

Tronadura y fracturamiento hidraulico

• En general no han sido muy eficaces en colapsar el caving una vez que este no se ha propagado de forma efectiva

• Fracturamiento por explosivos: Urad Mine

• Fracturamiento hidráulico Northparkes

• Es mas efectivo el uso de slot o de aumento de area a hundir

Parámetros del diseño minero

1. HUNDIBILIDAD 2. FRAGMENTACIÓN PRIMARIA 3. ESPACIAMIENTO DE PUNTOS DE EXTRACCIÓN

Calidad macizo rocoso (RMR / MRMR/Q/GSI)Estructuras-condición geometríaEsfuerzos in-situEsfuerzos inducidosRadio Hidráulico del yacimientoAgua

Calidad macizo rocoso ( RMR /MRMR/Q/GSI) Estructuras geológicasEspaciamiento y geometría estructuras /fracturas Rating de estructurasHundimiento por esfuerzos o gravedadEsfuerzos inducidos

Fragmentación del mineral y sobrecargaDirección y magnitud de esfuerzos de la sobrecargaAngulo de fricción de los bloques Tamaño practico de excavacionesEstabilidad del macizo (MRMR/Q)Esfuerzos inducidos

4. ALTURA DE COLUMNA 5. LAYOUT MINERO 6. POTENCIAL ESTALLIDO DE ROCAS

Capital Geometría del yacimientoEstabilidad de las excavaciones Método de extracción

FragmentaciónEspaciamiento de puntos de extracción y dimensionesMétodo de tiraje – gravitacional or LHDOrientación – estructuras y fracturasVentilación, manejo de materiales y drenaje

Esfuerzos regionales e inducidosVariaciones del modulo/resistencia en el macizoEstructurasSecuencia de la explotación

7. SECUENCIA GLOBAL 8. SECUENCIA DE HUNDIMIENTO(pre/advance/post)

9. ESFUERZOS INDUCIDOS POR EL CAVING

Hundibilidad- de roca mala a buena o viceversaGeometría del yacimientoEsfuerzos inducidosAmbiente geológicoPotencial de estallido de rocasRequerimientos de producciónInfluencia de operaciones adyacentesFlujo de agua

Esfuerzos regionalesCalidad del macizoPotencial de estallido de rocasTasa de hundimientoRequerimientos de producciónGrado de éxito del corte de hundimientoForma del hundimiento (desfases del frente)Altura del hundimiento

Esfuerzos regionalesÁrea socavadaForma del hundimientoTasa de hundimientoTasa de extracción

Ref: Laubscher (2000). Block Caving Manual

10. PERFORACIÓN Y TRONADURA 11. DESARROLLOS 12. ESTABILIDAD DE EXCAVACIONES

Calidad macizo rocosoEstabilidad del MacizoFragmentación requeridaDiametro, largo, rigsDirecciones y diagramasFactor de cargaCara libre/ esponjamiento

LayoutSecuenciaProducciónPerforación y tronadura

Calidad macizo rocoso (MRMR/RMR/Q)Orientación de estructurasEsfuerzos regionales e inducidosPotencial de estallido de rocaTamaño de la excavación- orientación y formaM etodo de TirajeSecuencia

13. SOPORTE 14. TAMAÑO PRACTICO DE EXCAVACIÓN

15. METODO DE TIRAJE

Estabilidad de excavacionesPotencial de estallido de rocaEstabilidad de la viseraTiempo de soporte- inicial, secundaria y producción

Estabilidad de excavacionesEsfuerzos inducidosEsfuerzos durante el cavingReducción secundariaTamaño de equipo

FragmentaciónEspaciamiento práctico de puntosDimensión practica de excavacionesCarga por gravedad o mecanica

16. TASA DE EXTRACCIÓN 17. INTERACCIÓN ENTRE PUNTOS 18. ESFUERZOS EN COLUMNAS DE EXTRACCIÓN

FragmentaciónMetodo de tirajePorcentaje de colgadurasReducción secundaría/ tronadurasEventos sismicosAir blast

Espaciamiento entre zonasDistancia crítica a través del pilarFragmentaciónTiempo de extracción entre puntos

Altura de columnaFragmentaciónControl de tirajeRadio entre altura/ distancia minima footprintDirección del tirajeHomogeneidad de la fragmentación

Parámetros del diseño minero

19. FRAGMENTACIÓN SECUNDARIA

20. TRONADURA SECUNDARIA/ REDUCCIÓN SEC.

21. DILUCIÓN

Forma de bloqueAltura de columnaTiempo de extracción (tiempo)Work indexRango en tamaño de fragmentosControl de tiraje

Fragmentación secundariaMetodo de extracciónTamaño punto extracciónAbertura de parrillasTamaño de equiposSistema de manejo de materiales – restricciones de tamaño de labores

Geometria del yacimientoGeometria de las reservasDistribución de la Fragmentación (rango)Rango de tamaños en la columnaLeyes Distribución de mineralogia en columnaInteracción entre puntosReducción secundariaTecnicas de control de tiraje

22. TONELAJE EXTRAIDO 23. REPARACIÓN DE PUNTOS 24. EXTRACCIÓN DE LEYES/MINERAL

Intervalo de tirajeLey de cierreEspaciamiento entre puntosPorcentaje de diluciónControlesRedistribución de tonelaje

Tonelaje extraídoCarga puntuales y de columnaDesgaste viseraReparación de pisosReducción secundaria

Distribución de leyesMetodo de tirajeTasa de extracciónPorcentaje de diluciónLey de corte a plantaPerdida de mineral

25. SUBSIDENCiA

RMR/MRMR/QAltura de columna

Luces maximas y minimas Estructuras geologicas mayores

Profundidad del cavingTopografía

Parámetros del diseño minero

Parametros tipicos usados en minas por hundimiento (Flores et al 2004)

Parametros tipicos en minas por hundimiento (Flores et al 2004)

Formato del curso• Dia 1:

Mañana– Introducción metodos explotación por hundimiento– Claves de la caracterizacion geotecnica en

explotaciones subterráneas– Selección metodo de explotación– Trabajo grupal : caracterizacion de sistemas de

explotación en base a lecturas de estudios de caso y trabajo personal

Tarde– Trabajo práctico en software minero (8 licencias)

Formato del curso

• Dia 2

Mañana– Presentaciones trabajo grupal diseño minero en

Datamine– Diseño accesos– Diseño nivel hundimiento- secuencia hundimiento

Tarde– Trabajo práctico en diseño nivel producción usando

Datamine

Formato del curso

• Dia 3

Mañana– Presentaciones trabajo grupal determinación

metodo explotación– Diseño nivel producción

Tarde– Trabajo práctico en diseño accesos y nivel

hundimiento usando Datamine

Formato del curso

• Dia 4

Mañana– Presentaciones trabajo grupal diseño nivel

producción en Datamine– Consideraciones diseño sistema de manejo de

materiales– Diseño nivel ventilación

Tarde– Trabajo práctico en diseño accesos y nivel

hundimiento usando Datamine