77206519 Block Caving

BLOCK CAVING

BLOCK CAVING

CAMPO DE APLICACIÓN

• Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos y de bajas leyes.

• Usualmente, la producción está en un rango de 10.000 ton a 100.000 ton por día.

• Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción y cualquiera que sean las características de la roca encajadora.

CAMPO DE APLICACIÓN1.- Geometría

Forma: Tabular - Masivo

Potencia: Grande

Buzamiento > 70º

Tamaño: Grande

Regularidad: media - alta

2.- Geotecnia

Resistencia (Techo) < 50 MPa

Resistencia (Mena) < 50 MPa

Fracturación (Techo): Alta

Fracturación (Mena): Alta

Campo Tensional In-situ: Prof < 1000m

Comportamiento: Elástico

PREPARACIÓN

• La preparación básica del método se hace considerando la división del área en bloques cuadrados o rectangulares cuya dimensión mínima se relaciona con la hundibilidad de la roca y la máxima se diseña en función de parámetros operacionales y económicos. En este tipo de diseño deberán crearse barreras o pilares entre bloques hundidos para minimizar la dilución.

• Una vez dividido el yacimiento en bloques, el resto de la preparación depende del sistema que se utilice para la explotación. Al respecto existen tres sistemas básicos 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

PRODUCCIÓN• Antes de iniciar la producción, se deben ejecutar las

tronaduras de hundimiento y creación de zanjas.

PANEL CAVING

PANEL CAVING

PANEL CAVING EN TENIENTE

TIPOS DE PC

• Hundimiento Tradicional (zanja adelantada)• Hundimiento Avanzado• Hundimiento Previo (en zonas donde aún no

hay calles de producción)• Hundimiento con Forzamiento

Hundibilidad

• El problema es usualmente definir el área mínima de hundimiento, es decir, predecir la geometría del hundimiento representada como radio hidráulico, que se requiere para iniciar el proceso de caving del macizo rocoso dado un conjunto estimado de propiedades geotécnicas.

• Depende de:– Orientación de las estructuras, espaciamiento y persistencia.– Estructuras mayores (ejemplo: fallas, diques)– Esfuerzos in-situ y los esfuerzos inducidos por la excavación.– Resistencia de discontinuidades y macizo rocoso.– Geometría del hundimiento.– Desconfinamiento, slot, o acondicionamiento del macizo rocoso.

Hundibilidad• Se utilizan los

mismos parámetros que para el análisis de Caserones

Inca Oeste

Hundibilidad• Gráfico de Estabilidad Extendido de Mathews

Diseño de Infraestructura

• La infraestructura interior mina depende del Sistema de Explotación y del tamaño de las Unidades de Explotación.

• 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

Diseño de Infraestructura• Las principales labores mineras, ya sean permanentes o

temporales, son:

– Galerías– Cruzados– Piques de traspaso– Embudos, zanjas o bateas– Silos– Estaciones de chancado– Chimeneas de ventilación– Áreas de múltiples usos (oficinas, talleres, comedores, etc)– Chimeneas de cara libre– Rampas– Piques de acceso


• Para el diseño de labores subterráneas deben utilizarse varios métodos, tanto empíricos como numéricos.

• Para elegir un criterio, el ingeniero debe establecer previamente el modo de falla.

• Cuando se trata de fallamientos controlados por estructuras, los métodos empíricos son bastante adecuados.

• Cuando se trata de fallamiento por esfuerzos, los métodos numéricos son más adecuados (elementos finitos, entre otros).


En el caso de vetas, las labores se orientan según la orientación de las unidades de explotación. En el caso de yacimientos masivos o mantos, las labores se orientan según el máximo esfuerzo y la orientación de Discontinuidades principales.





Uno de los mejores métodos para realizar esta tarea es el de Barton and Grimstad.

El sistema Q clasifica el macizo rocoso y propone el sostenimiento más adecuado.

Diseño en Panel Caving

• El diseño de la infraestructura principal para este método, considera los siguientes pasos:– Determinación del diámetro del elipsoide de extracción.– Selección de la configuración de elipsoides– Diseño de Malla de Extracción (calles, cruzados y zanjas en

planta)– Diseño de los niveles de producción y hundimiento en perfil

vertical.

NextDrawbell

34 m

18 m

4 m

17 mMajorApex

45o

Diámetro Elipsoide de Extracción

• Para determinar este diámetro se pueden seguir los siguientes pasos:– Definir la calidad del macizo rocoso– Establecer la granulometría promedio producto del

hundimiento– Determinar el mínimo y máximo espaciamiento entre

puntos de extracción– Determinar altura de interacción– Determinar diámetro del elipsoide de extracción

teórico y real.


• Se define la calidad del macizo rocoso de acuerdo al modelo de Laubscher (MRMR)

Calidad del Macizo Clase MRMRMuy mala 5 0 - 2Mala 4 21 - 40Regular 3 41 - 60Buena 2 61 - 80Muy Buena 1 81 - 100

Diámetro Elipsoide de ExtracciónTiraje Aislado (Kvapil)


Kvapil, 2004


Si dos o más elipsoides se sobreponen (sus ejes verticales se encuentran a una distancia menor que sus diámetros), se formará una única zona de mayor diámetro que el de los respectivos puntos de extracción

Tiraje Múltiple (Interactivo)


Zona Interacción

Una vez que el material alcanza la zona de interacción, parte de este aparece en el apex menor, tras extraer no más de un 20% de la altura de esa zona

• Cuando el tiraje es simultáneo y el espaciamiento entre puntos no supera los 1,5 veces el diámetro de los elipsoides, puede extraerse todo el material.

• El material extraído por un punto puede provenir de elipsoides contiguos.

• La altura de la zona de interacción depende del espaciamiento entre puntos y de la calidad de la roca


A lo largo de una zanja, los elipsoides se interceptan a una altura h (zona de interacción).

Diámetro Elipsoide de ExtracciónINTERACTION OF DRAWBELLS

Laubscher (2000)


Relación entre la clasificación de Laubscher, la frecuencia de fracturas, la granulometría promedio, la forma del elipsoide y la movilidad de las partículas.


Algunas conclusiones

• La principal variable que controla la geometría de las zonas de desprendimiento y extracción es el volumen extraído.

• La altura del elipsoide de desprendimiento crece rápidamente al inicio de la extracción, para luego decrecer a una tendencia casi lineal.

• La granulometría influye en la geometría de los elipsoides.• El tamaño del punto de extracción influye en la geometría del elipsoide de

extracción (variación de la excentricidad)• La distancia entre puntos de extracción no debe superar los 1,5 veces el

diámetro del elipsoide.• La velocidad del flujo depende de la razón entre el tamaño del punto de

extracción y el tamaño de las partículas, del ritmo de extracción y de la posición en la cual se encuentre la partícula respecto del punto de extracción.

• No se producen colgaduras cuando la razón entre el tamaño del punto de extracción y el tamaño máximo de partícula es igual o superior a 4.

Diámetro Elipsoide de Extracción• Determinar granulometría promedio o porcentaje de tipos

granulométricos.

Comparison of primary fragmentation from different deposits around the world

0

20

40

60

80

100

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000Block Volume (m3)

Cu

mu

lati

ve

Vo

lum

e P

erc

en

t L

es

s T

ha

n

GRSBC

Kucing Liar

DOZ Fos-Mag

DOZ Diorite

Palabora Less Fractured

Palabora Well Fragmented

Bingham Coarse

Bingham Fine

Argyle

MLZ Overall

Diámetro Elipsoide de Extracción• El siguiente ábaco entrega los espaciamientos (S) teóricos

máximo y mínimo entre los puntos de extracción.

Diámetro Elipsoide de Extracción• Determinación de Altura de Interacción para materiales preferentemente finos a medios.

Laubscher

MAXIMUM

Diámetro Elipsoide de Extracción• Ancho teórico del elipsoide de extracción

Altura de Interacción

Kvapil

Diámetro Elipsoide de Extracción• Ancho del Punto de extracción

Tipo I: % material gruesoTipo II: % material intermedioTipo III: % material fino (grava)Tipo IV: % material muy fino (arcilla)

kDa 25

D= tamaño medio de partícula de material grueso

K= factor de flujo (Kvapil)

Diámetro Elipsoide de Extracción• Diámetro real del elipsoide de extracción

W’: ancho teórico del elipsoide de extraccióna: ancho del punto de extracción

Kvapil, 1992

8,1' aWWT


Diámetro Elipsoide de ExtracciónEjemploExiste 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

Tamaño promedio de partícula es 1,2 m

Granulometría del material:

• Tamaño Grande: 40% (Roca angulosa)• Tamaño Medio: 35%• Tamaño Fino: 23%• Tamaño Muy Fino: 2%

Determinar el radio real del elipsoide de extracción


• Solución– Clasificación mayor de roca es 3; ancho de carguío 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 granulometría de material k = 0,9– D = 1,2 m; k = 0,9 = 5,7m

Se tienen dos anchos de extracción: a = 4m y a = 5,7m. Esta metodología no fue creada para gran porcentaje de material grande (sobre 0,8 m de diámetro promedio de partícula). Por lo tanto, acomodaremos el sistema para trabajar con un rango de ancho de elipsoide.

– Ancho real de elipsoide:

– Rango WT = (23,2 m ; 24,9 m)

– Radio de elipsoide: R = (11,6 m ; 12,45 m)

kDa 25

8,1' aWWT

Configuración de Elipsoides

• Es el arreglo espacial en que se ubicarán los elipsoides, definiendo la Malla de Extracción.

• La disposición de elipsoides puede generar distintos tipos de arreglos de elipsoides:

– Elipsoides separados– Elipsoides tangentes– Elipsoides traslapados

– Malla Cuadrada– Malla Triangular– Malla Mixta

Área Intacta

Configuración de Elipsoides• Para evaluar las configuraciones se utilizan los

siguientes parámetros:

– Densidad (Ah): área de influencia promedio de los elipsoides– Angulo entre ejes (α): ángulo entre ejes de filas y columnas– Área de diseño (Ad): área de los elipsoides de extracción

menos la mitad del área traslapada.– Sustentación (%S): porcentaje del área de diseño de los

elipsoides (Ad) sobre el área que abarca la malla (Densidad).– Anisotropía (An): relación entre el máximo y mínimo radio de

influencia de un punto de extracción.– Distorsión (Dt): relación entre la máxima y mínima distancia

entre puntos de extracción contiguos.– Holgura (H): longitud disponible de la estocada dividida por el

largo del equipo de carguío.

Configuración de Elipsoides• Ejemplo

Determinar los parámetros de comparación para una Configuración Triangular Traslapada Total (0% de área intacta), cuyo elipsoide de extracción tiene un diámetro de 24 m.

Solución:df

dc

df = 2 * R * cos(β) = 2 * 12 * cos(30) = 20,78mdc = (df/2) / tan(β) = (20,78/2) / tan(30) = 18 m

Radio (R)

Angulo (β)

Densidad = df * dc = 20,78 * 18 = 374,12 m2

Ángulo entre ejes = 60º


Área de diseño = 6 * [R * cos(360/12)] * [R * sen(360/12)] = 6 * 10,39 * 6 = 374,12 m2

Sustentación = 100%

Anisotropía = R / [R * cos(360/12)] = 12 / [12 * cos(360/12)] = 1,15

Distorsión = WT / WT = 24 / 24 = 1


Diseño de Mallas de Extracción

• La malla de extracción es la disposición espacial de labores en el nivel de producción.

• Los tipos de mallas existentes son:– Malla Cuadrada– Malla Henderson– Malla Teniente


• El dimensionamiento de la malla de extracción considera:– La sección de galerías de producción– Largo y sección de galería de zanja– Largo y ancho de Batea (Zanja)

Diseño de Mallas de Extracción• Sección de Galerías de Producción (calles y cruzados).

Ver Reglamento de Seguridad Minera

Diseño de Mallas de Extracción• Largo y sección de galería de zanja

)º60(*

seno

AcFLLL taludeqz

F: factor de interferencia de tráfico; 1 para equipo atravesado completamente en la calle; 0 para equipo completamente metido en la zanja. Este factor también afecta la distancia entre calles.


• Diseño de Bateas

Planta Nivel de Producción

A

A’B

B’



C. Zanja C. Zanja

Dc//z

Dcv

Hv

Av

Hcp

Ht

α

β

Ac

Hc

UCL

Dnn

Hgz NP

Dpe

ap

Acp

BB

Crown Pillar

BateaBatea

PERFIL BATEA – A A’

Av: Ancho de visera Ht: Altura del talud de la Batea ap: Ancho del apex superior del Crown PillarHv: Altura de visera Dc//z: Distancia entre calles, paralela a la zanja Dpe: Distancia entre puntos de extracciónHgz: Altura gal. zanja Dcv: Distancia entre calle y visera BB: Ancho basal de la batea



Dbb

Batea

Pilar Zanja Pilar Zanja

Dnn

Agz

Hgz

Dz┴zC. Zanja

UCL

NP

ω

PERFIL BATEA – B B’

Dbb: Ancho apex mínimo Dz ┴ z: Distancia entre zanjas, perpendicular a la zanja Dnn: Altura entre niveles

Diseño de Mallas de Extracción• Parámetros y cálculos para el diseño

C. Zanja

Dc//z

Dcv

Hv

Av

Hcp

Ht

α

β

Hgz

Dpe

ap

Acp

BB

Crown Pillar

Batea

Dc//z: según distancia entre elipsoides de extracción y longitud de galerías 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 galería UCL (3,5 a 4m)

α: ±82º (Hund. Conv) y ±90º (otros)

β: ±40º (Hund. Conv) y ±50º (otros)

DcvAcp

HcpHgzDnn

HtHvHcp

tg

HvapDcvtgHt

*2

)(2*)(


• Parámetros y cálculos para el diseño

Dbb: 0 a 1,35 (depende de la malla)

ω: 60º a 65º (Hund. Conv) y 70º a 71º (otros) (depende de la malla y de Dbb)

Dbb y ω dependen del diseño del abanico para la construcción de la batea.

Dbb

Batea

Pilar Zanja Pilar Zanja

Dnn

Agz

Hgz

Dz┴zC. Zanja

UCL

NP

ω

PERFIL BATEA – B B’

)º60(*// senocDzzDz



• Ejemplos de mallas en Teniente (LHD 6yd3)


• Ejemplos de mallas en Teniente (LHD 13yd3)

Diseño de Mallas de Extracción• Northparkes E26 Mine, Australia (Flores & Karzulovic 2002)

Diseño Nivel Hundimiento• Las galerías para el hundimiento convencional se ubican

sobre el crown pillar, y su diseño depende principalmente del equipo de perforación.

C. Zanja C. Zanja

Hv

Av

α

β

Ac

Hc

UCL

Dnn

Hgz NP

Crown Pillar

BateaBatea

PERFIL BATEA – A A’

Calles

Tarea: Diseño PC

Considerando los siguientes antecedentes:

– Explotación 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 perforación 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 está húmeda con agua intersticial (baja humedad)– Tamaño promedio de partícula: 0,8 m– Se utilizará configuración triangular traslapada total– Factor de seguridad para Crown Pillar: 1.7– Granulometría del Mineral: 40% grande (roca angulosa); 30% Medio; 28% fino; 2% Muy

Fino.– Angulo de reposo del material: 50º

Determinar el radio del elipsoide de extracción y luego diseñar los niveles de producción y hundimiento. Considere que el RMR obtenido de los antecedentes es promedio. Sin embargo, se han encontrado un RMR máximo de 55 y un RMR mínimo de 20.

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