MI57GProfesor Raúl Castro

Semestre Primavera 2008

ContenidosIntroducción a método de explotación por

hundimiento (caving)

Descripción de niveles en block/panel caving

Diseño del nivel de producción puntos de

extracción y zanjas

Medidas de evaluación de diseños

Introducción Block/Panel Caving son métodos subterráneos masivos de

explotación de mineral.

Es el método de explotación subterráneo de menor costo (3 – 4 US$/ ton) y mayor productividad (> 40.000 tpd/mina). Esto se debe entre otros factores a que la fragmentación del mineral/esteril no se basa en la tronadura sino en los esfuerzos in-situ creados por el hundimiento, ademas el transporte de mineral es principalmente gravitacional.

La granulometría del mineral y estéril depende de las características intrínsecas del mineral y de los esfuerzos que actúan en el macizo in-situ durante el proceso de caving y posterior flujo hacia puntos de extracción.

El acondicionamiento por explosivos o hidraulico busca mejorar la fragmentación del mineral mas competente.

Preparación base caseron en block caving

1. Construcción de desarrollos mina: rampa acceso-piques-adit ventilación

2. Accesos a niveles: producción- hundimiento- ventilación- reducción secundaria

3. Construcción nivel producción: calles estocadas y zanjas4. Construcción nivel hundimiento: calles5. Construcción nivel ventilación6. Construcción nivel transporte (reducción secundaria)7. Chimeneas de traspaso8. Chimenea slot9. Hundimiento y producción

Definiciones – niveles minas explotadas por hundimiento Nivel de producción

Es el nivel en el cual la roca quebrada es cargada y transportada mediante equipos mecanizados. En este nivel se alojan las zanjas, puntos de extracción y piques de traspaso.

Nivel de hundimiento Es el nivel en el cual se corta la base del bloque a ser

explotado mediante metodos de perforación y tronadura.

Nivel de ventilación Es el nivel en el cual se ingresa aire fresco y descarga el

viciado desde los distintos niveles de producción de la mina.

Definiciones – niveles minas explotadas por hundimiento Nivel de reducción secundaria

Es el nivel donde se reduce el tamaño de mineral mediante martillos picadores- este nivel puede ir en una cota distinta al de producción (El Teniente- Sub6) en el nivel (Esmeralda- El Teniente), en el nivel directo a chancador (Pipa Norte- Diablo Regimiento- El Teniente).

Nivel de acarreo Es el nivel donde se realiza el carguío y posterior transporte de

mineral proveniente del nivel de producción. Carguío es mecanizado y automatizado (buzones) asi como el transporte ( trenes o camiones)

Nivel de transporte Es el nivel donde se realiza el carguío y posterior transporte de

mineral proveniente del nivel de acarreo. Carguío es mecanizado y automatizado (buzones) asi como el transporte ( trenes o camiones)

Block Caving con hundimiento convencional

Block Caving en Mina Palabora, South Africa (Moss, 2007)

Nivel producción

Nivel hundimiento

Diseño nivel de producción

Parámetros de diseño del nivel de producción en Block/Panel Caving

Determinado por la granulometría esperada del proceso de caving: Distancia entre puntos de extracción: recuperación Manejo de materiales

Por ejemplo:

Material fino puede ser extraído mediante sistema de traspaso gravitacional utilizando parrillas a una distancia de puntos de extracción de 4-6 m.

Material grueso requiere de ser transportado / reducido en el nivel de producción y por lo tanto requiere de reducción secundaria en el nivel y carguío por medio de equipo mecanizado. La distancia entre puntos de extracción es un trade-off entre las

dimensiones del equipo de carguío y la recuperación esperada.

DefinicionesMajor apex

Se refiere a la dimension maxima del pilar que se forma entre puntos de extracción ubicados en la misma calle

Minor apexSe refiere a las dimension del pilar que se

forma entre puntos de extracción de manera opuesta y en la misma calle de producción.

Unidad básica de explotación

calle

Estocada/ punto de extracción

Nivel hundimiento (UCL)

Factores a considerar en el diseño del nivel de producciónRecuperación/dilución: interacción de zonas de flujoCondiciones geotécnicas: estabilidad del nivelFragmentación: incidencia en recuperación y manejo

de materialesFactores operacionales: layout operativo para equipos

de carguíoDisposición de puntos de vaciado/reducción

secundariaUbicación del punto de extracción: desgaste de viseras

durante la extracción

7.13

Espaciamiento de puntos de extracción (Richardson 1981)

(a) Espaciamiento excesivo

(b) muy cerca

7.14

Layout Ideal en un block/panel caving (Richardson 1981)

(a)Layout Hexagonal (b)

Layout cuadrado

Sistemas de carguío en block/panel caving

Parrillas: granulometría finaScrapers: granulometría intermediaLHD: granulometría gruesaMinería continua (proyecto): roca

acondicionada

Block caving, Miami Mine, Arizona, USA(Lewis & Clark 1964)

1.16

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 PARRILLAS (PARRILLAS-GRIZZLY)

Zanjas recolectoras en Andina

DDDD

Nivel de producción en parrillas

CaracterísticasMina Layout Espaciamiento Tonelaje

Andina Diagonal 9 x 9 20.000

Teniente Frontal 7,5 x 7,5 15000

San Manuel

Frontal 5,0 x 5,0 45000

Sistema gravitacional integral mina Andina

Aplicación

Roca secundaria

3% > 1 m3

Mina Andina III Panel

Ref. Aguayo et al (2004)

Parrillas sistema no mecanizado

Mina Bell, Canada

Nivel de hundimiento se conecta en retroceso mediante perforación de tiros ascendentes.

Nivel de producción en parrillas

Sistema de parrillas – solo un punto

Parrilla de 0,3 m

Se usó un solo punto de extracción para una mejor estabilidad del nivel de producción.

Ejemplo Mina King (Laubscher, 2000)

Block Caving - El Teniente

Diseño Block Caving Quebrada Teniente (Jofre et al, 2000)

Comparación LHD-parrillas mina Andina III Panel

Indice OBS LHD (13 x 13) Parrillas (9 x 9)

Productividad Desde el nivel de hundimiento a tpte

1200 (US$/m2) 770 (US$/m2)

Resistencia diseño Area colapsada 27,4 % 0%

Productividad unitaria 136 ton/m2 177 ton/m2

Recuperación de reservas

Incluye area colapsada 667 ton/m2 940 ton/m2

Costo operacional Costos hasta transporte, incluye reparación

1,04 (US$/t) 0,77 (US$/t)

Costo Total Operación y des. 2,24 (US$/t) 2,05 (US$/t)

Recuperación reservas in situ

Sobre reservas in situ 118 % 136 %

PED (%) Porcentaje entrada dilución (riolita)

79% 89%

Ref. Aguayo et al (2004)

Block Caving – mineral primario

A partir de los 70’s explotaciones de block/panel caving en Chile comienzan a enfrentarse a mineral competente (zona de enriquesimiento primario).

Este mineral es mas competente (RMR>50) con baja frecuencia de fracturas (1-2 ff/m).

Evolución a Block Caving mecanizado (LHD):Mina El Salvador (Chile)

Estocadas

Puntos de carguío

Galería Base

24 m

12,5 m

28,6 m

16 m

14,3 m 15,5 m14,3 m

55º

Equiespaciadas a 16 x 16 m

•Diseño original, resulto como producto de sobretamaño para sistema de chimeneas (mineral primario).

•Se ajusto de manera sucesiva para que el equipo LHD fuese mas eficiente.

Espina de pescado original

Zanja continuaExiste una gran zanja como en el SLS que es extraída mediante dos puntos de extracción.

Herringbone (Henderson mine USA)

Offset herringboneCaracterísticas:Se observan puntas de diamanteEste layout permite proteger el punto opuesto si se produce una explosión de barro (se usa por ejemplo en Freeport)

Normal herringboneCaracterísticas:Ideal para equipos LHD eléctricosSe crean una gran luz entre puntos opuestos en la dirección del apex mayor

Puntas de diamante

Northparkes layout- Australia

Características:

•Este layout es ideal para equipo LHD eléctrico.

•Se deja un pilar en el centro del sector para colocar puntos de vaciado y chimeneas de extracción de aire viciado

Henderson

Original

Distancia entre calles: 30 m

Distancia entre zanjas: 15 m

Actual: tipo Teniente pilar en la zanja

Distancia entre calles: 30.48 m

Distancia entre zanjas: 20 m

El Teniente

Estocadas

de Carguío

Proyección de la Zanja

Punto de extracción

Chimeneas de

traspaso

Calles

30 m

Block Caving en Chile

ReferenciasThirty years evolution of block caving in Chile

(MassMin 2004, pp 387-392)

Block Caving at El Teniente mine, Chile (Tran Inst Min & Metall 98: January-April 1989)

E.T. Brown, 2007, Block Caving Geomechanics.

Lecturas en secretaria docente

Caracterización mallas de tiraje

Propósito Los objetivos del nivel productivo son :

1. Recuperación de mineral2. Estabilidad de la mina3. Extracción (equipos)

Se han propuestos índices para evaluar una u otra malla en términos de su recuperación, operatividad y estabilidad

Se han modelado estas mallas desde el punto de vista de estabilidad

Caracterización de mallas de tiraje

Densidad de la malla de tiraje = suma (área de influencia de los puntos de tiraje)

numero de puntos de extracción

Atotal

Área de influencia de un punto de extracción (m2): se asume que el diseño es optimo, es decir, que el espaciamiento es tal que se produce flujo en masa.

A

n

1 2

Caracterización de mallas de tiraje

Anisotropía de la malla = máxima área de influencia de punto de extracción

mínima área de influencia de punto de extracción

Distorsión de la malla= máxima distancia entre puntos contiguos

mínima distancia entre puntos contiguos

d1d

2

Caracterización de mallas de tiraje

Holgura de la malla= longitud disponible de la estocada largo del equipo

Sustentación de la malla= área ocupada del pilar

área total

Ejercicio auxiliar:

calcular los Indices para las mallas tipo Teniente y Herringbone

Frecuencias relativas de usos de mallas de extracción (Flores & Karzulovic 2002)

EXTRACTION LEVEL LAYOUT

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60R

EL

ATI V

E F

RE

QU

EN

CY

Herringbone Teniente Other

Bench mark espaciamiento de calles de producción (Flores & Karzulovic 2002)

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40

PRODUCTION DRIFT SPACING (m)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

RELATIV

E F

REQ

UEN

CY

TIME PERIOD

Before 1970 From 1970 to 1990 After 1990

7.42

General vertical section, Henderson Mine, USA (Keskimaki et al 2004)

7.43

Level 7210 ore bin layout, Henderson Mine, USA (Keskimaki et al 2004)

7.44

Loading chute

675 Tonne cap,Storage bin

Ore pass &Exhaust raise

Criterios de diseño en Northparkes (Duffield 2000)

Minimizar el numero de etapas del manejo de materiales

Minimizar el numero de etapas de reducción

Dimensionamiento del chancador de acuerdo al tamaño máximo que puede transportar un LHD

Intentar tener un proceso continuo de transporte de materiales

7.45

Extraction level layout, Northparkes E26 Lift 1, Australia

7.46

Extraction level layout, Lift 2, Northparkes E26 Mine, Australia (Flores & Karzulovic 2002)

7.47

Extraction level layout, Palabora Mine, South Africa

7.48

Inca Central Oeste Mina El Salvador

Dimensionamiento del nivel de producción

Flujo gravitacional y su rol en la determinación de mallas de extracción en Block Caving

Metodologias para la evaluación de mallas de extracciónKvapilLaubscherTenienteSusaetaU de Chile

Tiraje aislado (Kvapil, 1992)Etapas

• Elipsoide de flujo se genera con poca extracción

• Elipsoide llega a superficie y se comienza el relleno

• Se continua la extracción y se mide el ancho

• Se alcanza un diámetro máximo (d)

Flujo elipsoidal vs cilindrico

Kvapil (2004)

Kvapil postula que existen dos tipos de flujo granular aislado:

Flujo eliptico cercano al punto de extracción (>60m), caracterizado por una diferencia de velocidades en el material

Flujo en masa o cilindrico condicion lejana al punto de extracción dimensiones sin influencia del punto de extracción y dependiente del tamaño de particula.

Flujo en desde dos puntos en zanja

Kvapil (2004)

A lo largo de la zanja los elipsoides de flujo se interceptan a una altura h

Zanja corta permite manejo de colgaduras

Tiraje multipleSi las zonas estan a una distancia menor a su diametro se formara una unica zona de mayor diametro que el de los respectivos puntos de extracción

Tiraje multiple- modelos en 2DZonas aisladas

Flujo elipsoidal cercano al punto de extracción

Flujo en masa

Panel caving- Flujo inclinado hacia zonas de menor densidad

Menor masa extraída

This drawing shows the development of interaction between drawpoints as thedrawpoints are drawn:

A single drawpoint with it’s isolated drawzone. Two isolated drawzones in the drawbell interact to form a large drawzone. The drawbell drawzones interact across the minor apex forming a larger

interactive drawzone. The large drawbell interactive zones interact across the major apex.

By drawing lines of drawpoints along adjacent drawbells good interaction acrossthe major apex is achieved.

INTERACTION OF DRAWBELLS

Ref. Laubscher (2000)

Criterio de diseño – espaciamiento puntos de extracción

Laubscher (1994)

Zona tiraje aislado

% +2m³ 0 1 - 5 6 - 20 21 - 45

Laubscher (2000)

Espaciamiento de puntos en mallas LHD Herringbone

A = distancia entre zonas de flujo en la zanja e.j. = 8 mB = distancia entre zonas de flujo en el pilar menor e.j. = 15 mC = distancia entre zonas de flujo en el pilar mayor e.j. = 22 m

Procedimiento: Determinar el ancho de la zona de flujo a una altura determinadaUbicar el centroide del elipsoide a 1 – 3 metros de la visera (hacia el punto)

AB

CCentro de la zona de tiraje aislado(1 m de la visera)

Pilar mayor

Punto de extracción

Pilar menor entre zanjas

Zanja

Espaciamiento de puntos en mallas LHD Teniente

Ejemplo definición de mallas en tiraje interactivo (Dee Beers)

Tiraje aislado

IDZ = 12m

(a=30,b=15,h=12,d=45°,i=0)

Tiraje interactivo

En la zanja

IDZ x 1.5

=> DZ = 18m

Tiraje interactivo

En la zanja

Se reemplaza por un eliposoide

Eje mayor= 30 m

Eje menor= 18 m

interactive draw

Interacción a traves del pilar

mayor

Ejes elipsoides x 1.5

Eje mayor= 45 m

Eje menor= 27 m

Espaciamiento máximo a traves del pilar mayorA

lo la

rgo

del p

ilar

may

or

Laubscher (2000)

% sobre 2 m3 ()

Espaciamiento puntos en el pilar mayor

(Laubscher, 2000)

Los espaciamientos se han aumentado a medida que la experiencia ha indicado que se obtienen buenas recuperaciones

Grafico de diseño a partir de observaciones de mallas

Efecto geometria zanja en interacción

Buena interacciónPoca interacción cercano a la zanja

Ancho del punto de extracción

kDW 25D= tamaño medio de partícula

K= factor de flujo (Kvapil)

Kvapil (2004)

Ejemplo Calculo ancho PEDefinición ancho de punto de extracción

1001. Tamaño medio de particulaLargo 1 mAncho 0,8 mAlto 0,5 mDmedio 0,8 mk 1W 3,8 mComposición tamaños% grueso (anguloso) 40% intermedio 30% arena-grava 20% arcilla/suelo 10Total (%) 100k 1

Interactive zone

Collapso pilar entre puntos

Espaciamiento

IDZ

Velocidad tiraje aislado

Velocidad interactiva vi

Ref. Susaeta (2004)

Recomendación

Malla

LHD 17,2 x 17,2

LHD 15 x 15 mLHD 13 x 13 mParrillas9 x 9 m

Parrillas 7,5 x 7,2 mTiraje Aislado (A) Tiraje Aislado-Interactivo (A-I) Tiraje Interactivo (I)

Secundario Mixto PrimarioRoca

Metodologia determinación mallas El Teniente

Metodología propuesta en interacción de elipsoides de extraccion combinando Laubscher con Kvapil

Ref. Caviedes et al (2005)

Kvapil, 1992

Ancho punto minimo

Laubscher, 2004 Corrección por ancho punto extracción

Altu

ra

inte

racc

ión

Malla en base a diametros de extracción

Teniente Espina de pescado

Operativización mallas

tan

a dLz Le

sen

Determinar el largo de zanja en función del tamaño del equipo LHD

Estimar la distorción de la malla y posibles problemas con equipos de distinta capacidad.

Reducir/aumentar tamaño del equipo de acuerdo a mallas basadas en recuperación.

Le= largo equipo

a= altura galería zanja

d= ancho calle

= angulo calle-zanja

= angulo reposo mineral

Dimensiones bateas

Dimensionamiento bateas – Plano a lo largo de zanja

HAHPap

Dcpe

HCHvap

DcpeHt

)2

(tan

)tan2

(tan

tvgzNN HHHH

cp v tH H H

Altura tolva

Altura niveles

Altura crown pilar

Ancho crown pilar

2cpA Dcpe

Parametro Simbolo

Hundimiento convencional

Hundimiento previo/Avanzado

Altura visera Hv 7,94-11,4 4-5,4Angulo visera 82° 90°Angulo tolva 40° 50°Ancho apex aparente ap 4,6 4,6Altura gal. zanja Hgz EquipoLargo visera Lv 1 0,5Distancia centro de calles| |estocada

Dcpe Extracción

Dc||gz

Hv

Lv

DcpeHgz

HNN

apHt

Acpproducción

hundimiento

Crown pilar

Dimensionamiento bateas – plano perpendicular a zanjas

||z cD

Parametro Simbolo

Hundimiento convencional

Hundimiento previo/Avanzado

Distancia entre zanjas

Db 1-1,32 0

||z z z cD sen D Pilar zanja

db

Zanja

HNN

Distancia puntos perpendicular a zanja

Ancho Pilar Zanja

pzA

||( )pz z c zA sen D a

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

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