METODO DE EXPLOTACION: HUNDIMIENTO DE BLOQUES (BLOCK CAVING)

Catamarca-Argentina 2012- Ing Joel Madrid Serrapa

Block Caving-Hundimiento de bloquesEn Minera Subterrnea . Se denomina "caving" a toda operacin destinada a provocar el hundimiento de la roca, mediante la utilizacin de los esfuerzos naturales que ejercen los terrenos alrededor de la zona de inters

Principio del metodo El mtodo de explotacin 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.

Continua - principio del metodo Por consiguiente se necesita un mnimo de perforacin y voladura en la extraccin del mineral. o sea se crea la cavidad de tal manera que no se detiene la dinmica del desplome, extrayendo el mineral por la parte inferior y evitando que el equilibrio se restablezca. La palabra bloque se refiere a que el yacimiento se divide en grandes bloques de miles de m

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Nivel de carga y trsansporteNivel de troceoNivel de hundimientoSuperficie originalMateril derrunbadoMineral quebradoContinua - principio del metodoBarrenos perforados bajo el nivel de corte

Aplicacin .-Sistema normalmente usado para extraer depsitos profundos, masivos, de bajas leyes en Cu ( intrusivos de cobre porfiritico ) Mo, Fe. ( yacimientos de hierro , sedimentarios , intrusivos) .-Este metodo de explotacin subterrnea se aplica para extraer depsitos que se encuentran a gran profundidad y que debern poder ser extrados a costos inferiores que el metodo a cielo abierto. .-Actualmente se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa rea y son muy potentes. Usualmente, la produccin est en un rango de 10.000 toneladas por da a diez veces su produccin o sea 100.000 toneladas por da.

Tericamente tiene un amplio campo de aplicacin en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la traccin y cualquiera que sean las caractersticas de la roca encajonante, pero es preferible que la resistencia de la roca que se explota sea menor que la de la roca encajonante

Aplicacin

CARACTERISTICAS DE LA EXPLOTACION POR HUNDIMIENTO En este metodo la mina es roturada a causa de una socavacin preliminar y debido principalmente a las fuerza de la presin de roca y la fuerza gravitatoria Muy a menudo las presiones laterales existentes en la roca, son la causa predominante para el hundimiento.Socavacin preliminar Mineral roturado Fuerza GravitatoriaFuerza de la presin de la roca

. En minerales blandos la fragmentacin puede ser extremadamente buena y la descarga se hace siempre por gravedad sobre una parrilla , la cual retiene los trozos mas grandes , dejando pasar el resto de mineral a unas chimineas ramificadas o estrechas que distribuyen el mineral a pocos puntos de descarga en un nivel mucho mas inferior Galera de parrillasChimineas estrechas

En minerales mas duros la fragmentacin puede ser muy mala dando una serie de problemas con relacin a la fragmentacin secundaria de bancos y entonces se usa en vez de parrillas, se usa un nivel de extraccin donde operan palas . La preparacin del bloque requiere mucho tiempo y es costosaltimamente se esta usando el metodo de hundimiento de bloques con la preparacion de un nivel ,socavacin por barrenos largos y carga por pozos de excavacin.(ver imagen de Maquina perforadora que utiliza barrenos largos)

Equipo de perforacin de barrenos largosSimba L6 C-Atlas Copco

En el Block Caving conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el nivel de produccin y pilar de proteccin, para mantener estables galeras de extraccin; y por otra, conviene maximizar la concentracin de esfuerzos sobre el nivel de hundimiento

Lo primero que se observa cuando se aplica este metodo es lo sgte : La extraccin del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie original por encima del yacimiento. Por lo tanto es importante establecer un proceso de fractura continuo y completo,

SUPERFICIE ORIGINAL, ZONA DE HUNDIMIENTO,

ya que las cavidades no soportadas, presentan un riesgo elevado de cadas repentinas que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de la explotacin. Por ello es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que adems el mineral presente una granulometra adecuada. La fragmentacin de la roca es provocada ms por las fatigas de traccin que por las de compresin, de modo que la tendencia ser de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de evitar la mezcla del mineral til con el material proveniente de la caja.

La estabilidad en las labores de extraccin se optimiza mediante una orientacin adecuada. Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado, tienen su inicio en el diseo de la malla, la cual determinar Las caractersticas del resto de las galeras componentes del sistema. La determinacin de la malla depende de las caractersticas de la roca.Cada bloque puede tener dimensiones en el orden de 20 a 50 m de lado en la base y ms de 80 m en la vertical o sea 1600 m o 4000 m

50 m80 ,m

Antecedentes del Metodo de Block Caving La explotacin de un rea se hace siguiendo uno de los siguientes esquemas: .-Divisin del rea en bloques cuadrados o rectangulares. La dimensin mnima esta en funcin a la hundibilidad de la roca y la mxima en funcin a parmetros de operacin y econmicos. Hay pilares entre los bloques hundidos para minimizar la dilucin. .-Diseo de paneles que abarcan un rea de un extremo al otro. El hundimiento es un proceso continuo y se deja una barrera de contencin o pilar para impedir que el desmonte del panel agotado diluya al mineral de la nueva explotacin.

Nvel de HundimientoNivel de produccionPilar de proteccion Antecedentes del metodo de block caving

Manteniendo un hundimiento continuo en ambas direcciones sin dejar barreras ni pilares. Este frente de hundimiento continuo impide la formacin de puntos o lneas de alta presin y, por lo tanto, se tendr menos problemas de estabilidad. Adems permite una amplia flexibilidad para variar los ritmos de produccin fijados. Una vez definido el bloque para su explotacin se inician los trabajos de preparacin de galeras, que comprenden: galeras de transporte, galeras de traspasos, galeras de hundimiento ,galeras de produccin ,galeras de ventilacin, etc.

Galerias de hundimientoGalerias de produccionGaleria de trsasporte

Fases de hundimiento de bloques.galeras de hundimiento

tuneles

1.-Diseando un conjunto de tneles o galeras de hundimiento en el nivel superior, se hace perforaciones en el techo : Perforaciones

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2.-Las perforaciones realizadas en el techo del tunel ,o galeria de hundimiento son rellenadas con explosivos y luego detonadasPerforaciones realizadas en el techo

3.-Realizado el disparo y con los tneles colapsados en las secciones establecidas, la roca es removida en las secciones en la que el tnel no ha sido afectado.. es importante aclarar que todavia estamos en el nivel superior.tneles colapsados

4.-Un nuevo conjunto de tneles es desarrollado por debajo de las cmaras donde se ubica la roca suelta

Nuevo conjunto de tuneles

NUEVO CONJUNTO DE TUNELES

5.-Un conjunto de perforaciones verticales es realizado en el techo de nuestros tneles en direccin a la cmara donde est la roca suelta

Perforaciones

6.-El grupo de perforaciones realizadas es volado a fin de conectar nuestro tnel con la cmara, formndose as el cuello.

7.-A travs de estas conexiones la roca empieza a fluir desde la parte superior, la cual luego es transportada por el tnel de produccin.

NIVEL DE PRODUCCION

FLUJO DE EXTRACCION DEL MINERAL Los tres mtodos bsicos de flujo de extraccin del mineral, comnmente usados en la actualidad son:Flujo gravitacional Flujo mediante ScraperFlujo mediante equipos LHD. 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 estn en el diseo de extraccin y traspaso, debido principalmente a la granulometra.

Indice de HundibilidadLa hundibilidad es uno de los aspectos crticos para la factibilidad de explotacin por le mtodo BlockCaving, por ello existe un ndice para predecir sta hundibilidad.Resulta obvio que un ndice de ste tipo debe estar basado en el mecanismo que controla el proceso de hundimiento y factores geomecnicos de mayor relevancia, los cuales para su utilizacin en el ndice, deben ser medidos y cuantificados.Estos factores son:R.Q.D. Estado de Esfuerzo In-Situ Ensayo de carga puntual Ensayo de Masa de Friccin

Indice de Hundibilidad R.Q.D (%) 0 -2525 -5050 -7575 -9090 100 Calidad de la roca Roca muy malaRoca malaRoca regularRoca buenaRoca excelente

La interpretacin en trmicos de hundibilidad es de acuerdo a la siguiente clasificacin:

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 despus del disparo Coeficiente 0-4.54.6 -6.56.6 -8.58.6 -10.510.6 -12.0

ClasificacinMuy bajoBajoMedianoAltoMuy alto

Para conocer el ndice se requiere de los antecedentes de:Fracturamiento Dureza Litologa Todos referidos a la base del bloque, y entregados por geologa

FRECUENCIA DE FRACTURAS

FracturamientoDbilModeradoFuerteIntenso Grado F/m 1 4 1 4- 10 2 11-24 3 20 4

DUREZA

DurezaMuyduraDuraModeradaBlanda

Grado lb/pulg1 32500+ - 2500 2 22500 + - 75003- 10000 + -5000 4 2500 + -25000

Ventajas del metodoEs un mtodo econmico, de muy bajos costos. Puede competir con un tajo abierto.Mtodo de alta productividad, requiere un mnimo de perforacin, voladura y sostenimiento.Aplicable a cuerpos de baja ley y de grandes dimensiones.Alta mecanizacin

Bulonadora d Cabletec LC de Atlas Copco util para Sostenimiento mecanizado con cable estndar de 15,2 mm

Cabletec LC :es una bulonadora totalmente mecanizada para perforacin de barrenos largos e instalacin de bulones de cable de acero. Tiene un sistema de dos brazos para perforacin de barrenos largos con martillo hidrulico en cabeza en combinacin con la instalacin de bulones de cable de acero. Cuenta con sistemas automticos de perforacin y manipulacin de cemento que, junto con el carrete de cable de acero de alta capacidad, garantizan el mximo rendimiento y una instalacin de bulones de alta calidad.

Caractersticas y ventajas de la Cabletec LC de Atlas Copco El concepto exclusivo de dos brazos incrementa la productividad debido a la perforacin e instalacin de cable simultneas: una autntica solucin con un solo operador.El sistema de control RCS incluye funciones tales como la perforacin automtica de un solo barreno, para mayor productividad, as como parmetros de perforacin totalmente ajustables, para obtener una calidad de perforacin y una economa de varillaje ptimas. El sistema automtico de manipulacin de cemento permite un excelente control de calidad de la lechada

Desventajas del metodoAfecta la superficie, ocasionando grandes zonas de subsidencia.Altos tiempos de preparacin y un mayor periodo de recuperacin.Costos adicionales para la perforacin de los grandes bloques "y los accesos.Frecuente voladura secundaria, que incrementa los costos de produccin y afecta la resistencia de los pilares

SOSTENIMIENTO MECANIZADO. PERFORACION DE TALADROS LARGOS PARA CABLE BOLTING EN EXPLOTACION SUBTERRANEA . La se esta usando como efectivo metodo de fortificacin el reforzamiento por cables La tcnica de cable bolting , involucra por ejemplo el uso conjunto de cables de acero de 5/8 de diametro y lechada de cemento de ambos en el interior de taladros de 2 de dimetro y de 10 a 20 metros de longitud pero en general para evaluar el dimetro de perforacin de los taladros ,

hay que evaluar del dimetro de cable, tubo respiradero y tubo de lechada de cemento. La longitud de los taladros depende de la aplicacin Especifica que se esta realizando. Los taladros para cable bolting se perforan con una malla cuadrada , la longitud seleccionada depender del espaciamiento de discontinuidades relevantes que afecten mas a l estabilidad en terreno masivo o solido , en cada caso al centro de los cuadrados se instalan splits sets para estabilizar los bloques.

Pequeos. existe una ecuacin enpirica para el calculo del numero de cables en una ecuacin . N = W . H . G . F / 1,5 C . L Donde : W=Ancho del Tajeo H=Altura potencial de falla = 1.5 W G= densidad de roca F= Factor de seguridad C= Capacidad de tensin L= longitud de cable empotrado.

Fuente de recopilacin de datos1.-Apuntes de la Universidad de Santiago de ChileDepartamento de Ingeniera en Minas PANEL CAVING 2.-Apuntes de la UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniera Geolgica Minera y Metalrgica MI 115 Mtodos de Explotacin Subterrnea Ciclo 2009. LIMA .PERU3.-Imagen de Equipo minero ATLAS-COPCO 4.-Video bajado de you.tube de la Empresa SANDVICK-TAMROCK 5.-Imagen de la mina El Teniente de Zona hundida por aplicacin del metodo block Caving 6.- Imgenes del Metodo de explotacin subterrnea Block Caving de la Empresa ATLAS- COPCO 7.- Imgenes del equipo Bulonadora cabletec LC, til para sostenimiento con cables de acero de la Empresa ATLAS- COPCO 8.- Imgenes del Metodo de explotacin subterrnea Block Caving de la Empresa CODELCO- CHILE DIV. EL TENIENTE

III SIMPOSIUM NACIONAL Perforacin y Voladura de Rocas SIPEVOR-Universidad Nacional de Ingeniera.- UNI-LIMA -PERU Perforacin de taladros largos para cable bolting en explotacin subterrnea Ing. Celso Camac C. Ing. Juan Luque L CIA MINERA MILPOFuente de recopilacin de datos

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