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BLOCK CAVING
BLOCK CAVING
CAMPO DE APLICACIN Bsicamente, el mtodo de explotacin Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depsitos profundos, masivos y de bajas leyes. Usualmente, la produccin est en un rango de 10.000 ton a 100.000 ton por da. Su campo de aplicacin es muy amplio. Se puede aplicar tericamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la traccin y cualquiera que sean las caractersticas de la roca encajadora.
CAMPO DE APLICACIN1.- Geometra Forma: Tabular - Masivo Potencia: Grande Buzamiento > 70 Tamao: Grande Regularidad: media - alta 2.- Geotecnia Resistencia (Techo) < 50 MPa Resistencia (Mena) < 50 MPa Fracturacin (Techo): Alta Fracturacin (Mena): Alta Campo Tensional In-situ: Prof < 1000m Comportamiento: Elstico
PREPARACIN La preparacin bsica del mtodo se hace considerando la divisin del rea en bloques cuadrados o rectangulares cuya dimensin mnima se relaciona con la hundibilidad de la roca y la mxima se disea en funcin de parmetros operacionales y econmicos. En este tipo de diseo debern crearse barreras o pilares entre bloques hundidos para minimizar la dilucin. Una vez dividido el yacimiento en bloques, el resto de la preparacin depende del sistema que se utilice para la explotacin. Al respecto existen tres sistemas bsicos bien definidos: Con flujo gravitacional puro (Parrillas) Con flujo gravitacional y sistema slusher Con equipos LHD
BLOCK CAVING CON PARRILLAS
BLOCK CAVING CON SLUSHER
BLOCK CAVING CON LHD
PRODUCCIN Antes de iniciar la produccin, se deben ejecutar las tronaduras de hundimiento y creacin de zanjas.
PANEL CAVING
PANEL CAVING
PANEL CAVING EN TENIENTE
TIPOS DE PC Hundimiento Tradicional (zanja adelantada) Hundimiento Avanzado Hundimiento Previo (en zonas donde an no hay calles de produccin) Hundimiento con Forzamiento
Hundibilidad El problema es usualmente definir el rea mnima de hundimiento, es decir, predecir la geometra del hundimiento representada como radio hidrulico, que se requiere para iniciar el proceso de caving del macizo rocoso dado un conjunto estimado de propiedades geotcnicas. Depende de: Orientacin de las estructuras, espaciamiento y persistencia. Estructuras mayores (ejemplo: fallas, diques) Esfuerzos in-situ y los esfuerzos inducidos por la excavacin. Resistencia de discontinuidades y macizo rocoso. Geometra del hundimiento. Desconfinamiento, slot, o acondicionamiento del macizo rocoso.
Hundibilidad Se utilizan los mismos parmetros que para el anlisis de Caserones
Inca Oeste
Hundibilidad Grfico de Estabilidad Extendido de Mathews
Diseo de Infraestructura La infraestructura interior mina depende del Sistema de Explotacin y del tamao de las Unidades de Explotacin. Las dimensiones de las labores que conforman la infraestructura interior mina depende de: Calidad del macizo rocoso Los equipos utilizados La capacidad requerida del sistema El grado de sostenimiento
Diseo de Infraestructura Las principales labores mineras, ya sean permanentes o temporales, son: Galeras Cruzados Piques de traspaso Embudos, zanjas o bateas Silos Estaciones de chancado Chimeneas de ventilacin reas de mltiples usos (oficinas, talleres, comedores, etc) Chimeneas de cara libre Rampas Piques de acceso
Diseo de Infraestructura Para el diseo de labores subterrneas deben utilizarse varios mtodos, tanto empricos como numricos. Para elegir un criterio, el ingeniero debe establecer previamente el modo de falla. Cuando se trata de fallamientos controlados por estructuras, los mtodos empricos son bastante adecuados. Cuando se trata de fallamiento por esfuerzos, los mtodos numricos son ms adecuados (elementos finitos, entre otros).
Diseo de InfraestructuraEn el caso de vetas, las labores se orientan segn la orientacin de las unidades de explotacin. En el caso de yacimientos masivos o mantos, las labores se orientan segn el mximo esfuerzo y la orientacin de Discontinuidades principales.
Diseo de Infraestructura
Diseo de Infraestructura
Diseo de Infraestructura
Diseo de InfraestructuraUno de los mejores mtodos para realizar esta tarea es el de Barton and Grimstad. El sistema Q clasifica el macizo rocoso y propone el sostenimiento ms adecuado.
Diseo en Panel Caving El diseo de la infraestructura principal para este mtodo, considera los siguientes pasos: Determinacin del dimetro del elipsoide de extraccin. Seleccin de la configuracin de elipsoides Diseo de Malla de Extraccin (calles, cruzados y zanjas en planta) Diseo de los niveles de produccin y hundimiento en perfil vertical.4m
17 m
Major Next Apex 18 m Drawbell45o
34 m
Dimetro Elipsoide de Extraccin Para determinar este dimetro se pueden seguir los siguientes pasos: Definir la calidad del macizo rocoso Establecer la granulometra promedio producto del hundimiento Determinar el mnimo y mximo espaciamiento entre puntos de extraccin Determinar altura de interaccin Determinar dimetro del elipsoide de extraccin terico y real.
Dimetro Elipsoide de Extraccin Se define la calidad del macizo rocoso de acuerdo al modelo de Laubscher (MRMR)Clasificacin MRMR Calidad del Macizo Muy mala Mala Regular Buena Muy Buena Clase 5 4 3 2 1 MRMR 0-2 21 - 40 41 - 60 61 - 80 81 - 100
Dimetro Elipsoide de ExtraccinTiraje Aislado (Kvapil)
Dimetro Elipsoide de Extraccin
Kvapil, 2004
Dimetro Elipsoide de ExtraccinTiraje Mltiple (Interactivo)
Si dos o ms elipsoides se sobreponen (sus ejes verticales se encuentran a una distancia menor que sus dimetros), se formar una nica zona de mayor dimetro que el de los respectivos puntos de extraccin
Dimetro Elipsoide de ExtraccinUna vez que el material alcanza la zona de interaccin, parte de este aparece en el apex menor, tras extraer no ms de un 20% de la altura de esa zona Cuando el tiraje es simultneo y el espaciamiento entre puntos no supera los 1,5 veces el dimetro de los elipsoides, puede extraerse todo el material. El material extrado por un punto puede provenir de elipsoides contiguos. La altura de la zona de interaccin depende del espaciamiento entre puntos y de la calidad de la roca
Zona Interaccin
Dimetro Elipsoide de ExtraccinA lo largo de una zanja, los elipsoides se interceptan a una altura h (zona de interaccin).
Dimetro Elipsoide de Extraccin
Laubscher (2000)
Dimetro Elipsoide de ExtraccinRelacin entre la clasificacin de Laubscher, la frecuencia de fracturas, la granulometra promedio, la forma del elipsoide y la movilidad de las partculas.
Dimetro Elipsoide de ExtraccinAlgunas conclusiones La principal variable que controla la geometra de las zonas de desprendimiento y extraccin es el volumen extrado. La altura del elipsoide de desprendimiento crece rpidamente al inicio de la extraccin, para luego decrecer a una tendencia casi lineal. La granulometra influye en la geometra de los elipsoides. El tamao del punto de extraccin influye en la geometra del elipsoide de extraccin (variacin de la excentricidad) La distancia entre puntos de extraccin no debe superar los 1,5 veces el dimetro del elipsoide. La velocidad del flujo depende de la razn entre el tamao del punto de extraccin y el tamao de las partculas, del ritmo de extraccin y de la posicin en la cual se encuentre la partcula respecto del punto de extraccin. No se producen colgaduras cuando la razn entre el tamao del punto de extraccin y el tamao mximo de partcula es igual o superior a 4.
Dimetro Elipsoide de Extraccin Determinar granulometra promedio o porcentaje de tipos granulomtricos.100GRSBC Kucing Liar DOZ Fos-Mag DOZ Diorite Palabora Less Fractured Palabora Well Fragmented Bingham Coarse Bingham Fine Argyle MLZ Overall
Cumulative Volume Percent Less Than
80
60
40
20
0 0.001
0.01
0.1
1 Block Volume (m3)
10
100
1000
Comparison of primary fragmentation from different deposits around the world
Dimetro Elipsoide de Extraccin El siguiente baco entrega los espaciamientos (S) tericos mximo y mnimo entre los puntos de extraccin.
Dimetro Elipsoide de Extraccin Determinacin de Altura de Interaccin para materiales preferentemente finos a medios.MAXIMUM
Laubscher
Dimetro Elipsoide de Extraccin Ancho terico del elipsoide de extraccin
Altura de Interaccin
Kvapil
Dimetro Elipsoide de Extraccin Ancho del Punto de extraccinTipo I: % material grueso Tipo II: % material intermedio Tipo III: % material fino (grava) Tipo IV: % material muy fino (arcilla)
a >=
( 5D ) 2 k
D= tamao medio de partcula de material grueso K= factor de flujo (Kvapil)
Dimetro Elipsoide de Extraccin Dimetro real del elipsoide de extraccin
W: ancho terico del elipsoide de extraccin a: ancho del punto de extraccin
WT W '+ a 1,8Kvapil, 1992
Dimetro Elipsoide de Extraccin
Dimetro Elipsoide de ExtraccinEjemploExiste un yacimiento con 3 tipos de masas rocosas claramente definidas y cuyas clasificaciones son: Tipo de roca A: RMRLaubscher= 23 Rango: 21 40 Clase: 4 Tipo de roca B: RMRLaubscher= 35 Rango: 21 40 Clase: 4 Tipo de roca C: RMRLaubscher= 48 Rango: 41 60 Clase: 3
Tamao promedio de partcula es 1,2 m Granulometra del material: Tamao Grande: 40% (Roca angulosa) Tamao Medio: 35% Tamao Fino: 23% Tamao Muy Fino: 2%
Determinar el radio real del elipsoide de extraccin
Dimetro Elipsoide de Extraccin Solucin Clasificacin mayor de roca es 3; ancho de carguo es 4 S=20m y s=11m RMRmax= 48; Rango Rating: 48 23 = 25; S = 20 HIZ = 48 m HIZ = 48; zona media curva kvapil; W = 21m Por granulometra de material k = 0,9 D = 1,2 m; k = 0,9 a >= ( 5 D ) 2 k = 5,7m
Se tienen dos anchos de extraccin: a = 4m y a = 5,7m. Esta metodologa no fue creada para gran porcentaje de material grande (sobre 0,8 m de dimetro promedio de partcula). Por lo tanto, acomodaremos el sistema para trabajar con un rango de ancho de elipsoide. Ancho real de elipsoide: WT W '+ a 1,8 Rango WT = (23,2 m ; 24,9 m) Radio de elipsoide: R = (11,6 m ; 12,45 m)
Configuracin de Elipsoides Es el arreglo espacial en que se ubicarn los elipsoides, definiendo la Malla de Extraccin. La disposicin de elipsoides puede generar distintos tipos de arreglos de elipsoides: Elipsoides separados Elipsoides tangentes Elipsoides traslapados
Malla Cuadrada Malla Triangular Malla Mixtarea Intacta
Configuracin de Elipsoides Para evaluar las configuraciones se utilizan los siguientes parmetros: Densidad (Ah): rea de influencia promedio de los elipsoides Angulo entre ejes (): ngulo entre ejes de filas y columnas rea de diseo (Ad): rea de los elipsoides de extraccin menos la mitad del rea traslapada. Sustentacin (%S): porcentaje del rea de diseo de los elipsoides (Ad) sobre el rea que abarca la malla (Densidad). Anisotropa (An): relacin entre el mximo y mnimo radio de influencia de un punto de extraccin. Distorsin (Dt): relacin entre la mxima y mnima distancia entre puntos de extraccin contiguos. Holgura (H): longitud disponible de la estocada dividida por el largo del equipo de carguo.
Configuracin de Elipsoides Ejemplo Determinar los parmetros de comparacin para una Configuracin Triangular Traslapada Total (0% de rea intacta), cuyo elipsoide de extraccin tiene un dimetro de 24 m.df = 2 * R * cos() = 2 * 12 * cos(30) = 20,78m dc = (df/2) / tan() = (20,78/2) / tan(30) = 18 m Densidad = df * dc = 20,78 * 18 = 374,12 m2 ngulo entre ejes = 60Angulo ()
Solucin:
df
dc
Radio (R)
Configuracin de Elipsoidesrea de diseo = 6 * [R * cos(360/12)] * [R * sen(360/12)] = 6 * 10,39 * 6 = 374,12 m2 Sustentacin = 100% Anisotropa = R / [R * cos(360/12)] = 12 / [12 * cos(360/12)] = 1,15 Distorsin = WT / WT = 24 / 24 = 1
Configuracin de Elipsoides
Diseo de Mallas de Extraccin La malla de extraccin es la disposicin espacial de labores en el nivel de produccin. Los tipos de mallas existentes son: Malla Cuadrada Malla Henderson Malla Teniente
Diseo de Mallas de Extraccin El dimensionamiento de la malla de extraccin considera: La seccin de galeras de produccin Largo y seccin de galera de zanja Largo y ancho de Batea (Zanja)
Diseo de Mallas de Extraccin
Ver Reglamento de Seguridad Minera
Diseo de Mallas de Extraccin Largo y seccin de galera de zanja
Lz = Leq + Ltalud F *
Ac seno(60 )
F: factor de interferencia de trfico; 1 para equipo atravesado completamente en la calle; 0 para equipo completamente metido en la zanja. Este factor tambin afecta la distancia entre calles.
Diseo de Mallas de Extraccin Diseo de BateasPlanta Nivel de Produccin AB
B
A
Diseo de Mallas de Extraccin Diseo de BateasPERFIL BATEA A AAcp ap Batea Hcp Hv Hgz BB Dc//z Av: Ancho de visera Hv: Altura de visera Hgz: Altura gal. zanja Ht: Altura del talud de la Batea Dc//z: Distancia entre calles, paralela a la zanja Dcv: Distancia entre calle y visera ap: Ancho del apex superior del Crown Pillar Dpe: Distancia entre puntos de extraccin BB: Ancho basal de la batea Av Dpe Dcv Crown Pillar C. Zanja C. Zanja Ac Hc NP Dnn UCL
Ht
Batea
Diseo de Mallas de Extraccin Diseo de Bateas
PERFIL BATEA B BUCL Dbb
Batea Dnn Pilar Zanja Pilar Zanja NP C. Zanja Dzz Dz z: Distancia entre zanjas, perpendicular a la zanja Agz Hgz
Dbb: Ancho apex mnimo
Dnn: Altura entre niveles
Diseo de Mallas de Extraccin Parmetros y clculos para el diseoDc//z: segn distancia entre elipsoides de extraccin y longitud de galeras de zanjas.
Av: 1m (Hund. Convencional) y 0,5m (otros) Hv: 8 a 11,5m (Hund. Conv) y 4 a 5,5m (otros) ap: ancho galera UCL (3,5 a 4m) : 82 (Hund. Conv) y 90 (otros) : 40 (Hund. Conv) y 50 (otros) ap Hv Ht = tg ( ) * Dcv 2 tg ( ) Hcp = Hv + Ht Dnn = Hgz + Hcp Acp = 2 * DcvHt Batea Hcp Hv Hgz BB Dc//z Av Dpe Dcv Crown Pillar C. Zanja Acp ap
Diseo de Mallas de Extraccin Parmetros y clculos para el diseoDbb: 0 a 1,35 (depende de la malla) : 60 a 65 (Hund. Conv) y 70 a 71 (otros) (depende de la malla y de Dbb) Dbb y dependen del diseo del abanico para la construccin de la batea. PERFIL BATEA B BUCL Dbb
Dz z = Dz // c * seno(60 )Batea Pilar Zanja NP Dzz Pilar Zanja Agz Hgz C. Zanja Dnn
Diseo de Mallas de Extraccin
Diseo de Mallas de Extraccin Ejemplos de mallas en Teniente (LHD 6yd3)
Diseo de Mallas de Extraccin Ejemplos de mallas en Teniente (LHD 13yd3)
Diseo de Mallas de Extraccin Northparkes E26 Mine, Australia (Flores & Karzulovic 2002)
Diseo Nivel Hundimiento Las galeras para el hundimiento convencional se ubican sobre el crown pillar, y su diseo depende principalmente del equipo de perforacin.PERFIL BATEA A AUCL Batea Crown Pillar Hv Hgz Av C. Zanja C. Zanja Ac Hc NP Batea Dnn
Calles
Tarea: Diseo PCConsiderando los siguientes antecedentes: Explotacin por Panel Caving con hundimiento previo Equipo LHD de 10yd3, 11,3m de largo, 2,3m de alto y 2,65m ancho Equipo DL410 con perforacin hasta 54m. Ancho: 2,24 m y alto: 2,7 m Peso unitario del macizo rocoso: 2,7 ton/m3 RQD = 65 Esfuerzo de Carga Puntual: 7 MPa Espaciado de juntas: 1.2m Discontinuidades ligeramente rugosas, sin relleno y paredes suavemente meteorizadas La roca est hmeda con agua intersticial (baja humedad) Tamao promedio de partcula: 0,8 m Se utilizar configuracin triangular traslapada total Factor de seguridad para Crown Pillar: 1.7 Granulometra del Mineral: 40% grande (roca angulosa); 30% Medio; 28% fino; 2% Muy Fino. Angulo de reposo del material: 50
Determinar el radio del elipsoide de extraccin y luego disear los niveles de produccin y hundimiento. Considere que el RMR obtenido de los antecedentes es promedio. Sin embargo, se han encontrado un RMR mximo de 55 y un RMR mnimo de 20.
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