CARACTERÍSTICAS DE LA EXPLOTACIÓN POR HUNDIMIENTO

La explotación por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajadora esté fracturada bajo condiciones más o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante el establecer un proceso de facturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas no soportadas, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de la explotación.Las características de la roca constituyen el facto esencial del comportamiento del mineral frente al hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineral presente una granulometría adecuada.La fragmentación de la roca es provocada más por las fatigas de tracción que por las de compresión, de modo que la tendencia será de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de evitar la mezcla del mineral útil con el material proveniente de la roca encajadora.En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el nivel de producción y pilar de protección, para mantener estables galerías de extracción; y por otra, conviene maximizar la concentración de esfuerzos sobre el nivel de hundimiento para producir la socavación y mejorar la fragmentación del mineral.La estabilidad en las labores de extracción ha sido optimizada mediante una orientación adecuada.Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado, tienen su inicio en el diseño de la malla, la cual determinará las características del resto de las galerías componentes del sistema. La determinación de la malla depende fundamentalmente de las características de la roca.El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de las características de hundibilidad de la roca, depende de los factores fundamentales que son:

A. La base del bloque deberá fracturarse completamente; si se quedaran pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar, transmitiéndose grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de producción, las que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de las galerías del nivel de producción. Esto trae consigo un aumento importante en los costos de extracción.

B. La altura de socavación inicial proporcionada por la tornadura, debe ser tal que no se produzcan puntos de apoyo del bloque que impidan o afecten el proceso de socavación natural inmediata.

El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con un adecuado diseño de perforación especialmente, con un correcto carguío de los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de un pilar, se interrumpe la etapa de hundimiento, concentrando las actividades en eliminarlo completamente para poder continuar con la secuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles puntos de apoyo del bloque, una vez tronada la base, es necesario determinar previamente la altura que debe alcanzar la socavación producida por la tornadura.La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del mineral con el estéril. El contacto mineral - estéril debe mantenerse según un plano bien definido que pueda ser horizontal o inclinado.

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En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente de recuperación depende principalmente de la forma en que se efectúa la extracción del primer tercio de la producción del block.

DEFINICION

En explotación de minas se denomina "caving" a toda operación destinada aprovocar el hundimiento de la roca, mediante la utilización de los esfuerzos naturales que ejercen los terrenos alrededor de la zona de interés.

PRINCIPIO DEL METODO

Los esfuerzos que actúan en un lugar, y a cierta profundidad de un yacimiento, tienen su origen en el peso de las rocas hasta la superficie, y en los fenómenos externos de un yacimiento, tales como : Movimientos "horizontales, debido a movimientos de placas en la corteza terrestre. Todo macizo rocoso permanece en equilibrio mientras no se cree una cavidad lo suficientemente extensa en su interior, de modo de romper el equilibrio existente, creando una redistribución de esfuerzos en su alrededor.La estabilidad de ésta cavidad dependerá de sus dimensiones, competencia de la roca y de los esfuerzos existentes en el área. Si la resistencia de la roca, no es lo suficiente para soportar el cambio de solicitación, ésta socavará hasta llenar la cavidad con material fragmentado de distintas densidades. Una vez llena la cavidad se genera una fuerza de reacción que restablece el equilibrio.Si se extrae el mineral fragmentado, a medida que se socava, el equilibrio no se restablece y la socavación continuará hasta la superficie.El Block Caving se basa en éste principio, el cual consiste en crear una cavidad de manera que la dinámica de desplome no se detenga, extrayendo el mineral por una malla de puntos ubicados en la base del block.El método de explotación por Block Caving se define luego, como el derrumbamiento de bloques por corte inferior, el mineral se fractura y fragmenta gracias a las tensiones internas y efecto de la gravedad. Por consiguiente se necesita un mínimo de perforación y tornadura en la extracción del mineral.La palabra bloque está referida al sistema de explotación, en que el yacimiento se divide en grandes bloques de varios miles de metros cuadrados. Cada bloque se corta por la zona inferior; es decir, se excava practicando una ranura horizontal mediante tornadura.De ésta forma queda sin apoyo el mineral que está por encima (millones de toneladas) y las fuerzas de gravedad que actúan sobre ésta masa producen una fractura sucesiva que afecta al bloque completo. Por último y debido a las tensiones de la roca, se produce la fragmentación del material, el cual puede extraerse por medio de piques o mediante cargadores.

CAMPO DE APLICACION

Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos, de bajas leyes en CU, Mo, Fe.Hoy en día, la producción masiva de extracción de menas subterráneas, bajo condiciones favorables, es una de las más eficientes, con bajos costos de minas.Este método se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa área y son muy potentes. Usualmente, la producción está en un rango de 10.000 tons. a 100.000 tons. 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

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encajadora, pero es preferible que la resistencia de la roca que se explota sea menor que la de la roca encajadora.La explotación por Block Caving, es un método económico bajo condiciones favorables. El extenso trabajo de desarrollo que tal explotación conlleva y el tiempo que se emplea hasta alcanzar la plena capacidad de producción, son los inconvenientes de partida. Por otra parte existen ciertos riesgos de derrumbamientos y fragmentación, que están fuera de los controles de minería.En general, los yacimientos más favorables para la aplicación del método de hundimiento por bloques son los grandes intrusivos de cobre porfirico, yacimientos de Hierro, tanto sedimentarios como intrusivos, etc. Estos depósitos deberán estar ubicados a gran profundidad y deberán poder ser extraídos a costos inferiores que por un método a cielo abierto. Los depósitos deben tener grandes reservas, cubrir un área extensa y tener una altura relativamente grande. La mayoría de estos depósitos se explotan a gran escala durante un periodo bastante largo, de tal forma que justifiquen la gran inversión requerida para ponerlos en producción.

CARACTERISTICAS DE LA EXPLOTACION POR HUNDIMIENTO

La explotación por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajadora está fracturada bajo condiciones más o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante el establecer un proceso de facturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas no soportadas, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de la explotación.Las características de la roca constituyen el factor esencial del comportamiento del mineral frente al hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineral presente una granulometría adecuada.La fragmentación de la roca es provocada más por las fatigas de tracción que por las de compresión, de modo que la tendencia será de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de evitarla mezcla del mineral útil con el material proveniente de la roca encajadora.En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el nivel de producción y pilar de protección, para mantener estables galerías de extracción; y por otra, conviene maximizar la concentración de esfuerzos sobre el nivel de hundirniento para producir la socavación y mejorar la fragmentación del mineral.La estabilidad en las labores de extracción ha sido optimizada mediante una orientación adecuada.Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado, tienen su inicio en el diseño de la malla, la cual determinará las características del resto de las galerías componentes del sistema. La determinación de la malla depende fundamentalmente de las características de la roca.El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de las características de hundibilidad de la roca, depende de los factores fundamentales que son: a) La base del bloque deberá fracturarse completamente. Si quedaran pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar, transmitiéndose grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de producción, las que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de las galerías del nivel de producción. Esto trae consigo un aumento importante en  los costos de extracción.b) La altura de socavación inicial proporcionada por la tornadura, debe ser tal que nose produzcan puntos de apoyo del bloque que impidan o afecten el proceso desocavación natural inmediata.

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El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con un adecuado diseño de perforación y, especialmente, con un correcto carguio de los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de un pilar, se interrumpe la etapa de hundimiento, concentrando las actividades en eliminarlo completamente, para poder continuar con la secuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles puntos de apoyo del bloque, una vez tronada la base, es necesario determinar previamente la altura que debe alcanzar la socavación producida por la tornadura.La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del mineral con el estéril. El contacto mineral-estéril debe mantenerse según un plano bien definido que pueda ser horizontal o inclinado.En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el  90% del mineral comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente de recuperación depende principalmente de la forma en que se efectúa la extracción del primer tercio de la producción del block.

ANTECEDENTES DEL METODO BLOCK CAVING

La explotación de un área se hace siguiendo uno de los siguientes esquemas:

1. Dividiendo el 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.

2. Diseñando paneles que abarcan el área desde un extremo a otro. En este caso el hundimiento es un proceso continúo a lo largo del área y se dejará una barrera de contención o pilar para impedir que el estéril del panel agotado diluya el mineral de la nueva explotación una vez hundido el panel.

3. Manteniendo un hundimiento continuo en ambas direcciones sin dejar barreras ni pilares. Este frente de hundimiento continuo impide la formación de puntos o líneas de alta presión y, por lo tanto, se tendrá menos problemas de estabilidad. Además permite una amplia flexibilidad para variar los ritmos de producción fijados.

Una vez definido el bloque para su explotación se inician los trabajos de preparación de galerías, que comprenden:

Galería de transporte Galería de traspasos Galería de hundimiento Galerías de producción Galerías de ventilación, etc.

MALLA DE EXTRACCIÓN

Se entiende por malla de extracción o también malla de tiraje, a la disposición geométrica de los puntos por donde se extrae el mineral en el nivel de producción de un sistema por "Block Caving".En la zona que se está explotando, la extracción se hace a través de muchos puntos dispuestos en una malla que cubre el área hundida.Para el diseño de estas mallas de extracción, se han usado diferentes formas: cuadradas, rectangulares, triangulares.La separación de los puntos de extracción depende fundamentalmente de la granulometría del mineral obtenido, de la socavación natural y de los equipos usados para la extracción.

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FLUJO DE EXTRACCION DEL MINERAL

Los tres métodos básicos de flujo de extracción del mineral, comúnmente usados en la actualidad son:

Flujo gravitacional Flujo mediante Scraper Flujo mediante equipos LHD.

El tipo de flujo del material, diseñado para una operación de explotación, se enfocan en los siguientes aspectos:

Gasto de Capital y tiempo requerido para poner una operación de explotación, se enfocan en los siguientes aspectos:

Productividad, eficiencia y costos de operaciones. Grado de seguridad en la producción Porcentaje de recuperación del depósito, tanto en tonelaje como en ley.

Fundamentalmente el tipo de flujo usado debe ser compatible con las características físicas del depósito para su extracción, y con la posición financiera a la operación minera.Una diferencia en los sistemas, es la forma que se realiza el avance del hundimiento. En el LHD se hace avanzado por paneles y en el tradicional por bloques. Otras diferencias están en el diseño de extracción y traspaso, debido principalmente a la granulometría.

ALTURA DE SOCAVACIÓN

La altura de socavación se define como la distancia vertical existente entre el piso del nivel de hundimiento y la base suspendida del bloque resultante de la Tornadura.En la práctica, la altura de socavación así definida debe superar a la altura del cono formado por el ángulo de reposo del mineral. Lo que se pretende es evitar que la roca fracturada que se acumula a partir del espacio limitado por los bordes de las chimeneas, no alcance una altura de socavación producida por la tornadura, ya que de ser así, la roca acumulada serviría de apoyo al bloque cuya base se ha socavado impidiendo o dificultando el desplome posterior.La altura del cono formado por el ángulo de reposo depende fundamentalmente de la distancia entre los puntos de extracción, ya que, mientras más grande sea ésta, mayor será la base del cono y por ende su altura. Este factor en la práctica está limitado por el alcance de la barrena dura, ya que a medida que aumenta la altura del cono, de mayor longitud habrán de ser las perforaciones necesarias para superarla.La altura del cono también depende en menor escala, de la granulometría del mineral, mientras más fina se formarán conos de menor altura, y a la inversa colpas de mayor tamaño formarán conos de mayor altura.

ALTURA ÓPTIMA DEL BLOCK.

En depósitos de gran altura la explotación se hace en diferentes niveles a medida que se agotan los niveles superiores. La separación de dos niveles sucesivos está asociada al tonelaje que se extrae  por cada punto de extracción y en consecuencia se relacionará con la vida o utilización que tendrá la infraestructura del nivel.Debido al alto costo que representa la preparación de un nivel de producción y de un bloque en particular, es porque la altura del bloque, es una de las decisiones más importantes de la

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planificación en la explotación por hundimiento y por lo cual se invierten fuertes recursos de ingeniería antes de decidir la altura óptima.La altura de los bloques, a variado sustancialmente desde las primeras aplicaciones del método sin embargo, en las últimas aplicadas ésta a permanecido prácticamente invariable en la mayoría de las faenas mineras. Podemos decir que el gran desafió que ha impuesto el bajo precio de los metales en el último tiempo, asociado a los nuevos antecedentes entregados por la moderna ciencia de la mecánica de roca, nos ha hecho cuestionar los diseños tradicionales y considerar alterativas de alturas de bloques que hasta hace pocos años habian sido consideradas prohibitivas.Aunque la variación de las alturas usadas es muy grande, se ha podido establecer una tendencia a aumentar la altura de las columnas mineralizadas en los últimos años.La altura de la columna mineralizada se justifica en lo siguiente:

Para justificar los altos costos de desarrollos primarios y secundarios. Para asegurar una buena socavación.

Los principales factores que tienen directa relación con la altura de los bloques son: 1. Amortizaci6n de la infraestructura.

2. Estabilidad del nivel de producción. 3. Dilución y pérdida de mineral.4. Distribución de leyes en altura.5. Fragmentación.6. Planificación.7. Riesgo de no extracción. 8. Experiencia mundial.

Método Block Caving Extracción Gravitacional:

Esta variante del método de explotación es aplicable a yacimientos o sectores en los cuales la competencia de la roca permite principalmente usar fuerzas de gravedad como método de traspaso de mineral.El grado de fracturamiento obtenido permite la utilización de embudos, los cuales se encuentran conectados a buitras en donde la distribución y traspaso de mineral es controlado por buitreros.La utilización de estas variantes esta aún vigente en el sector Teniente3, lsia Estandars, Quebrada Teniente. Sector principalmente son mineral secundario, utilizando una malla de extracción de 10 x 10.

( fig. 6.1 )

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Método Block Caving con Reducción Mecanizada

La diferencia fundamental con la variante anterior corresponde la utilización de un martillo picador como una forma de distribución y reducción de tamaño del mineral en el pto. de extracción, debido a una mayor competencia de la roca las colpas de mayor tamaño también lleva asociada una variación del diseño minero, la que se ve materializada en la construcción de zanjas y reforzamiento de los puntos de extracción. (fig. 6.2)

Método Block Caving Extracción con Scraper

Cuando el límite inferior de la mineralización llega hasta el nivel de transporte o cercano a él, una infraestructura de pique de traspaso requiere de una cantidad considerable de metros en la extensión vertical, por lo que se prefiere utilizar este sistema, reduciendo asi la distancia entre el nivel de producción y el nivel de transporte.

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GALERIA DE ARRASTRE A NIVEL DE TECHO DE AVANCE DE TRANSPORTE SECUNDARIO

 GALERIA DE ARRASTRE CON CHIMENEA INTERMEDIA VERTICAL HASTA EL AVANCE DE TRANSPORTE SECUNDARIO

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MÉTODO PANEL CAVING (BLOCK CAVING EXTRACCIÓN MECANIZADA (LHD)La disminución paulatina de áreas con mineral secundario requirió de un diseño y metodología tendiente a explotar satisfactoriamente las reservas de mineral primario, una estrategia de solucionar los problemas vislumbrados debido al tipo de fracturamiento del mineral (colpas de mayor tamaño) y la baja productividad del método convencional.Lo anterior condujo a definir el diseño del método de explotación Panel Caving. En este sistema de explotación el concepto de bloques es reemplazado por la unidad básica de producción , que corresponde a un numero de puntos de vaciado en donde un equipo LHD opera.El hundimiento o incorporación de nuevas áreas a la producción es realizado en forma continua, por puntos de extracción, a diferencia con el método convencional en donde el hundimiento es realizado en forma discreta.Sus Principales características de diseño consideran la utilización de zanjas (15 mts de largo, 12 mts de ancho en su parte superior) en reemplazo de los buzones, en el nivel de producción existe una serie de galerías paralelas (calles) separadas 30 metros entre si cuya sección generalmente es de 3,6 x 3,6 mt, las que son interceptadas cada 15 mts. por estocadas de carguio de sección similar en un ángulo de 60 grados, que permite una mayor facilidad de movimiento al equipo LHD. Con esto la malla de extracción posee dimensiones de 17,32 x 15 con un área de influencia de 260 mt cuadrados por punto de extracción.Las dimensiones de las colpas requieren de la construcción de un nivel de reducción intermedio, entre el nivel de producción y el nivel de transporte, en donde las cámaras de picado, los martillos picadores estacionarios o semi-móviles reducen de tamaño las colpas antes de ser enviadas al nivel de transporte.La implementación de este método esta vigente en los siguiente sectores: Teniente 4 LHD (33.000 TPD), Regimiento (7.000 TPD), lsla Martillo (4.800 TPD) y posterior se utilizara en los proyectos Esmeralda (45.000 TPD), Diamante Norte y Diamante Sur (45.000 TPD).

METODO DE EXPLOTACION PANEL CAVING ( fig.6.4 )

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BLOCK CAVING - PANEL CAVING

FORTIFICACION PUNTO DE EXTRACCION Y VICERA NIVEL DE PRODUCCION

NIVEL DE PRODUCCION LHD ESQUEMA DEL SISTEMA DEEXTRACCION DE MINERAL

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SISTEMA DE EXTRACCION MARTILLOS PICADORES SEMI-MOVILES

 INDICE DE HUNDIBILIDAD

La hundibilidad es uno de los aspectos críticos para la factibilidad de explotación por le método Block Caving, por ello existe un índice para predecir ésta hundibilidad.Resulta obvio que un índice de éste tipo debe estar basado en el mecanismo que controla el proceso de hundimiento y factores geomecánicos de mayor relevancia, los cuales para su utilización en el índice, deben ser medidos y cuantificados.Estos factores son:

R.Q.D.

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Estado de Esfuerzo In-Situ Ensayo de carga puntual Ensayo de Masa de Fricción

R.Q.D (%) Calidad de la roca

0 - 2525 - 5050 - 7575 - 9090 - 100

Roca muy malaRoca malaRoca regularRoca buenaRoca excelente

La interpretación en térmicos de hundibilidad es de acuerdo a la siguiente clasificación:

R.Q.D. (%) 

7551 - 7427 - 506 - 260 -5

Roca muy mala hundibilidadRoca mala hundibilidadRoca regular hundibilidadRoca buena hundibilidadRoca excelente hundibilidad

COEFICIENTE DE HUNDIBILIDAD:

Es la capacidad de un bloque para colapsar y hundirse después del polvorazo.

 Coeficiente clasificación

0 - 4.54.6 - 6.56.6 - 8.58.6 - 10.510.6 - 12.0

Muy bajoBajoMedianoAltoMuy alto

 Para conocer el índice se requiere de los antecedentes de:FracturamientoDurezaLitología

Todos referidos a la base del bloque, y entregados por geología.

FRECUENCIA DE FRACTURAS

Fracturamiento Grado F/m

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DébilModeradoFuerteIntenso

1234

44 - 1011 - 2420

 DUREZA

Dureza Grado Lb/pulg2

Muy duraDuraModeradaBlanda

1234

32500 + - 250022500 + - 750010000 + - 50002500 + - 25000

 Litología:

Se refiere al tipo de roca existente en un sector Resumen del Método

1. Geometría del Yacimiento Aceptable Optimo

Forma Cualquiera Tabular

Potencia Grande Grande

Buzamiento Cualquiera Vertical

Tamaño Grande Muy Grande

Regularidad Media Alta

2. Aspectos Geotécnico Aceptable Optimo

Resistencia (Techo) <100 MPa <50 MPa

Resistencia (Mena) <100 MPa <50 MPa

Fracturación (Techo) Media - Alta Alta

Fracturación (Mena) Media - Alta Alta

Campo Tensional In-situ (Profundidad) <1000 m <500 m

Comportamiento Tenso-Deformacional Elastico Elastico

3. Aspectos Económicos Aceptable Optimo

Valor Unitario de la Mena Bajo a muy bajo NA

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Productividad y ritmo de explotación Muy Alto NA

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