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OPEN PIT MINING MODULO I Planificación y Diseño de Minas de Rajo Abierto Tadeusz S. Golosinski, Ph.D., P.Eng.

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2 3

SU PROFESOR  Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng.  Filosofía: •

Ustedes están aquí para aprender; su profesor está para facilitar su propio aprendizaje.

 Un proverbio chino: •

Puedes P d llllevar ttu caballo b ll all agua pero no llo puedes d obligar a beber.

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BACKGROUND Antecedentes académicos  University of Alberta Alberta, Canada Canada. • Western Australian School of Mines, Aus. • University of Missouri-Rolla, USA.  Carrera industrial • Supt General, Ing. de Mina, El Cerrejon, Col. • Principal P i i l Mi Mining i E Engineer, i Fl Fluor D Daniels, i l USA USA. • Senior Engineer: Suncor and SCL, Cdn. Otros …. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. - [email protected] - Consultor Intercade

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IDIOMA … “Shaft: … excavación vertical o inclinada ejecutada en la roca con la finalidad de permitir el acceso a un yacimiento o t llos niveles i l d l t ió ….”” conectar de explotación Pozo de mina  Ch, Pe:  Mx:  Co:  Es:

Pique Tiro de la mina Clavada chimenea Clavada, Pozo

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BIBLIOGRAFIA Hustrulid (ed.) 1992. SME Mining Engineering Handbook  Societyy for Mining, g Metallurgy gy and Exploration, p Littleton, Colorado, EE.UU.  www.smenet.org Hustrulid and Kuchta. Open Pit Mine Planning and Design A.A. Balkema, Rotterdam. Infomine: www.infomine.com Otros.

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SME: Society for Mining, Metallurgy & Exploration  www.smenet.org  Membership. M b hi  Librería Online.  Foros.  Eventos.  Annual General Meeting.

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¿IDIOMA?

¡El video se presentara en el Taller Virtual!

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1 - 1. Introducción

Tipos de minería Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. - [email protected] - Consultor Intercade

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Contenidos 

Introducción:  Conceptos básicos.  Propiedades de materiales.  Terminología.  ¿Minería de superficie o subterránea?  Métodos de minería de superficie.

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MINERIA A RAJO ABIERTO

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MINERIA A  TAJO ABIERTO

… no es el único tipo de  minería de superficie.

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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES  Es muy importante saber las propiedades del material extraído: • Densidad in-situ (de banco). •

Densidad suelta (esponjamiento).

•

Sobrecarga y ángulo de reposo.

•

Distribución de tamaño y fluidez.

•

Otras propiedades ….

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DENSIDAD DEL MATERIAL La masa (peso) por unidad de volumen de material:  Entre más denso el material, más peso existe por igual unidad de volumen.  La densidad del material minado varía mucho:  Mena de hierro in-situ @ 6,000 lbs/BCY o 3 t/Bm3  Carbón in-situ @ 1,800 lbs/BCY or 1 t/Bm3  Fuentes de información:  Medidas del terreno.  Libros sólo para estimaciones crudas.

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MATERIAL ESPONJADO  Cuando se quiebra, el material se esponja.  El esponjamiento resulta de la baja densidad del material minado (suelto). NOTA: La Densidad suelta es siempre menor a la densidad in-situ.  El Esponjamiento depende del material y del tamaño (qué tan bien roto está).  De dónde sacar los valores:  Medidas en terreno.  Usar libros para estimaciones crudas.  Esponjamiento típico: de 15% (arena) a 50% (algunas rocas). Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. - [email protected] - Consultor Intercade

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NOTEN ESTO:  Al describir el Volumen de material. Siempre especificar: suelto o de banco (in-situ)  Yardas cúbicas de material suelto, LCY  Yardas cúbicas de banco, BCY  Metros cúbicos de material suelto, LCM or lm3  Metros cúbicos de banco, BCM or bm3

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FACTOR DE ESPONJAMIENTO (SF)  Define el cambio de Densidad o Volumen cuando el material se quiebra (o fragmenta).  Se define de 2 formas:  Basado en el cambio de Densidad por unidad de volumen; así SF1 (Europeos).  ¿De dónde obtener los valores?.  ¿Medidas en terreno? ¿Libros?.

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“LOAD FACTOR” EXPANSION, VACIOS Y FACTORES DE CARGA EXPANSION (%)

VACIOS (%)

FACTORES DE CARGA

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

4,8 9,1 13,0 16,7 20,0 23,1 25,9 28,6 31,0 33,3 35,5 37,5 39 4 39,4 41,2 42,9 44,4 45,9 47,4 48,7 50

0,952 0,909 0,870, 0,833 0,800 0,769 0,741 0,714 0,690 0,667 0,645 0,625 0 606 0,606 0,588 0,571 0,556 0,541 0,526 0,513 0,500

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FACTOR DE ESPONJAMIENTO: CAMBIO DE DENSIDAD SF = 1 / (1 + % Esponjamiento) Para Esponjamiento de un 30% SF = 1 / (1 + 0.3) = 0.77 Esto significa: lbs/LCY = SF x lbs/BCY lbs/BCY = (lbs/LCY) x 1/SF

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FACTOR DE ESPONJAMIENTO: CAMBIO DE VOLUMEN SF = (1 + % Esponjamiento) Para Esponjamiento de un 30% SF = (1 + 0.3) = 1.3 Esto significa: lbs/LCY = (1/SF) x lbs/BCY lbs/BCY = SF x lbs/LCY

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IMPLICACIONES MINERAS  El volumen de descarga de una mina (LCY) es MAYOR que el rajo excavado (BCY):  Conocer el Esponjamiento para planificar y diseñar apropiadamente las zonas de descargas, botaderos, etc.  Conocer el Esponjamiento para planificar y diseñar las pilas (stockpiles) de material.  El volumen l d dell material t i l ttransportado t d es mayor ttanto t que ell excavado como del descargado.  Conocer el Esponjamiento para poder estimar apropiadamente el tamaño de los equipos de extracción.

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EJEMPLO

Nota Final: Comas vs. puntos US$1,000,000.00 = $1.000.000,00

 Si explota 1 millón de toneladas de mineral a 2.5 T/bm3 (bcm) • ¿ ¿Cuál será el tamaño del hoyo y en la tierra? 1,0/2,5 = 0,4 x 1.000.000 = 400.000 bm3  Si lo ubica en un “stockpile” • ¿Cuál será el volumen del stockpile? 400.000 bm3 x 1,35 = 540.000 lm3

 Si necesita transportarlo en camiones (capacidad del camión es 100 cy y 150 t) • ¿Cuántos camiones cargará?

540.000/100 = 5.400; 1.000.000/150t = 6.667 Nota: camiones son muy largas y deben ser modificadas

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ANGULO DE REPOSO •

La propiedad del material suelto que se relaciona con su cohesión.

•

Define el ángulo natural de apilamiento si el material es amontonado.

•

No es el ángulo de pendiente del Pit, exceptuando cuando la pendiente es excavada en material suelto.

•

Es el ángulo de pendiente de Botaderos y Pilas (Stockpile).

•

Donde obtener los valores: •

Mediciones in situ.

•

Libros para cálculos crudos.

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SURCHARGE ANGLE (ángulo de reposo dinámico)  Menor que el ángulo de reposo.  Se aplica en materiales que son movidos en camiones o correas transportadoras.

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13 25 Very Free Flowing 1*

Free Flowing 2*

5º Angle of Surcharge

10º Angle of Surcharge

10º

5º

0º-19º Angle of Repose

20º-29º Angle of Repose

Average Flowing 3* 20º Angle of Surcharge

25º Angle of Surcharge

20º

30º-34º Angle of Repose

Sluggish 4* 30º Angle of Surcharge

25º

30º

35º-39º Angle of Repose

40º-Up Angle of Repose

Material Characteristics U if Uniform size, i very small rounded particles, either very wet or very dry, such as dry silica sand, cement, wet concrete, etc.

Rounded, dry polished particles, of medium weight, such as whole grain and beans.

Irregular, granular or lumpy materials of medium weight, such as anthracite coal, cottonseed meal, clay, etc.

Typical common materials such as, bituminous coal, stone, most ores, etc.

IIrregular, l stringy, fibrous, interlocking material, such as wood chips, bagasse, tempered, foundry sand, etc.

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FACTOR DE LLENADO  Raramente se carga el equipo a su capacidad nominal:  Carguío/arrastre del equipo calzan.  Propiedades p del material: Angulo g de reposo/sobrecarga.  Fuerzas de hundimiento, fragmentación del material y similares.  El factor de llenado necesita ser definido para cada trabajo y para cada material.  Valores típicos:  Estudios de trabajos in-situ.  Libros sólo para estimaciones preliminares. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. - [email protected] - Consultor Intercade

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14 27

FACTORES DE LLENADO TIPICOS Material suelto Aridos húmedos mezclados. Aridos uniformes hasta de 3 mm (1/8). 3 mm ‐ 9 mm (1/8’’ – 3/8’’) 12 mm – 20 mm (1/2’’ – ( 3/4’’)) 24mm (1’’) y más Roca de Voladura Buena Media Mala Otros Mezclas de roca y tierra. Marga húmeda. Tierra vegetal, piedras, raíces. Materiales cementados. Materiales cementados.

Factor de llenado 95 – 100% 95 – 100   90 – 95 85 – 90 85  85 – 90     80 – 95% 75 – 90 60 – 75    100 – 120% 100 – 110 80 – 100 85 95    85 ‐ 95

NOTA: Los factores de llenado del cucharón del cargador pueden ser afectados por la penetración del cucharón, la fuerza de desprendimiento, el ángulo de inclinación hacia atrás, el perfil del cucharón y las herramientas de corte tales como los dientes del cucharón o cuchillas impermeables reemplazables. NOTA: Para obtener los factores de llenado de cucharones de excavadoras hidráulicas vea la carga útil de los cucharones en la sección de excavadores. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. - [email protected] - Consultor Intercade

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LA MADRE DE TODAS LAS AFIRMACIONES “Conoce las propiedades del material que estas extrayendo...”

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15 29

MAS CONCEPTOS BASICOS DE MINERIA

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29

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DEFINICION DE MINERALIZACION

¿Cómo sabemos que hay mineralización? ¿Cómo definimos sus propiedades?

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16 31

¿QUE ES SEGURO?

DDH1 DDH2

DDH3

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32

INTERPRETACION GEOLOGICA

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17 33

¿RESERVA? ¿RECURSO? ¿MINERAL? ¿MINA?  En Inglés hay diferencia entre: • Mineral (el Mineral) Es el material que contiene mineralización ( 0.1% Cu, o 0.5% Cu o otro %) • Ore (la Mena) Es mineralización que puede ser explotada con rentabilidad económica.  También se diferencia entre: • Prospect (Yacimiento) Un lugar donde la explotación puede ser o no rentable. • Mine Mi (Mina) (Mi ) Donde D d lla explotación l t ió es rentable t bl económicamente.

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OTROS CONCEPTOS BASICOS: DILUCION Y RECUPERACION

Dilution

Mining Bench

Ore Lost

Mining Bench

Ore Lost

Dilution Ore Zone

Ore dilution and losses caused by mismatch between the mining geometry and the ore  geometry.

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DILUCION  Razones: • Mínimo tamaño de extracción (costo vs. espacio) • Irregularidad del cuerpo mineralizado. • Malas prácticas mineras (negligencia?) • Inestabilidad de la roca.  ¿Cómo definirla? • ¿Experiencia de operaciones similares?

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RECUPERACION  No todo el mineral es recuperado: • Máximo tamaño de extracción. • Irregularidad del cuerpo mineralizado. mineralizado • Estabilidad de la roca.  Cómo estimarlo: • ¿Experiencia de operaciones similares?  Incluir la Dilución y Recuperación en estimaciones.  Mantener comunicación con: • Geólogos. • Metalurgistas.

todas

las

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19 37

¿QUIEN DICE QUE Y QUIEN ESTA EN LO CORRECTO? 

Geólogos  1000t ley 1,2% Cu

vs.

?

Metalurgistas 

vs. ing. de Minas 1100 t @ 0 0,9% 9% C Cu

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COMPORTAMIENTO LEY Cu

1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 03 /0 13 1/2 /0 00 8 23 1/2 /0 00 8 1 / 02 2 /0 00 8 12 2/2 /0 00 8 2 2 2 /2 /0 00 8 03 2/2 /0 00 8 3 1 3 /2 /0 00 23 3/2 8 /0 00 8 02 3/2 /0 00 8 4 1 2 /2 /0 00 8 22 4/2 /0 00 8 02 4/2 /0 00 8 12 5/2 /0 00 8 5 / 22 2 /0 00 8 5 0 1 /2 /0 00 11 6/2 8 /0 00 8 21 6/2 /0 00 8 6 0 1 /2 /0 00 8 11 7/2 /0 00 8 7 2 1 /2 /0 00 8 7 3 1 /2 /0 00 8 10 7/2 /0 00 20 8/2 8 /0 00 8/ 8 20 08

Ley de Cu

Ley de Cu Mina vs. Planta 

Fecha MINA

PLANTA

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LEY Cu PROMEDIO MINA-PLANTA Ley promedio Cu Mina vs. Ley promedio Cu Planta 0.80 0.75 0.70 % Cu

0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40

ENERO

FEBRERO

MARZO

ABRIL

MAYO

JUNIO

JULIO

AGOSTO

MINA

0.77

0.73

0.76

0.71

0.67

0.65

0.71

0.60

GLOBAL 0.70

PLANTA

0.73

0.71

0.71

0.67

0.60

0.63

0.67

0.58

0.66

FECHA

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LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR  Maximizar la Recuperación: ¿siempre? • Vs. costo de extracción. • Buscar el óptimo.  Minimizar la Dilución: ¿siempre? • Extracción, transporte y procesamiento de lastre.  Capacidad de los sistemas: pérdida de la oportunidad.  Vs. Vs Costo de extracción extracción. • Buscar el óptimo.

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OTRAS “MADRES DE TODAS LAS AFIRMACIONES” “Realizamos la minería para ganar dinero” 

No por diversión, por el bien de la humanidad ni como servicio a la sociedad …

“No realizamos la minería si no ganamos dinero” 

A menos que …..

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SITUACIONES EXCEPCIONALES … Sea posible  Crear las condiciones para generar ganancias en el futuro.  Cumplir con la ley y las regulaciones.  Calificar a subsidios que hacen a la minería rentable.  Realizar la minería cuesta dinero.  Para generar ganancias, podríamos depositarlo en el banco.  Para que la minería sea factible, debe otorgar mayores ganancias.

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El Razón E/M (STRIPPIING RATIO)

Conceptos Básicos de Minería

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¿QUE ES ‘STRIPPING RATIO’? (RAZON ESTERIL/MINERAL)

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 Mide la profundidad del depósito relativa P: ¿Qué tan importante es la profundidad en minería abierta? •

Considere Chuquicamata a 1000 m de profundidad, E/M = 0.5

•

Considere cantera cerca de Lima, a 25 m de profundidad, E/M = 0.5

j abierto el estéril tiene q que ser sacado p para sacar  En Minería a rajo el mineral .  E/M mide cuánto estéril necesitamos remover para que una unidad de mineral/carbón sea explotada (una “profundidad relativa”)

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“CANTIDAD” - ¿QUE ES LA CANTIDAD? Depende…..  Los mineros del carbón miden el estéril en BCM , o bcy, y el carbón en toneladas cortas (tons). (tons) •

Por esto en la minería del carbón la razón estéril/mineral se mide como los BCM de estéril que se deben sacar para obtener una tonelada de carbón.

•

Otras aplicaciones: otros depósitos estratificados.

 Otros mineros miden tanto el estéril como el mineral en tons. Por lo que la definición de estéril/mineral cambia. •

Así la razón estéril/mineral es la cantidad de toneladas de estéril que se necesitan remover para sacar una tonelada de mineral.

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MAS COMPLICACIONES….  Las unidades que se usan difieren entre países.  Muchos países usan sus propias unidades para definir la razón estéril /mineral /mineral. •

Consideremos carbón: BCM/long tons.  Qué es una ‘tonelada larga’? Algunos carbones y mineral de hierro son tranzados en toneladas largas.

 Consideremos Bingham Canyon: tons / tons.  Consideremos C id Rh i b Rheinbraun: BCM/ ttones.  ¿Chuquicamata?

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EJERCICIO  Dando: • Densidad de la mena (in situ) de 3 [t/m3] • Densidad de estéril de 3 [t/m3] • Razón E/M de 3 [t/t]  Cuál es la razón E/M: • En minería EE.UU.: [bcy/T corta]?  Si la razón E/M es 7 [bcm/T] • Cuál sería la mismo razón en Peru: [bm3/t]?  Asumimos : estéril 2,5 [t/m3] carbón 1,0 [ t/m3]

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Mina subterránea Mina de superficie ¿Cual C l es mejor j y cuando? d ?

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¿QUE TIPO DE MINERIA? Minería de cielo abierto Es más barata de minería subterránea.

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50 Underground After Hartman

12 million tpy

150

250 Interest Underground Underground

50

Surface

100

Initial Investment

Developmentdrifting

Auxiliary

Surface Haulage

Surface

Haulage Loading Loading Blasting Blasting 0

Drilling

Capital

150

100

Initial Investment

50

Index cost/ton

Interest Index cost/ton

Index cost/ton

Roof support Road Maintenance Service Misc. Auxiliary

200

25 million tpy

Ventilaiton

100

Drilling 0

25 million tpy

12 million tpy Interest

Interest Initial investment

Initial investment

Mobile eqpt.

Mobile eqpt.

50

Mobile eqpt.

Capital

Operating costs

Operating costs

Mobile eqpt. 0

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¿POR QUE LA DIFERENCIA?  Equipos más pequeños (excavation envelope)  Menor M productividad d ti id d  Equipos más especializados  Más caros y más mantención  Altos costos fijos  Desarrollos caros, servicios  Más …..

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MAS DIFERENCIAS:  Operaciones unitarias adicionales: • Soporte de techos, ventilación, otros.  Consideraciones de seguridad: • Comparar tasas de accidentes.  Programa de producción inflexible: • Difícil de cambiar, caro y consume tiempo p en desarrollo.

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COSTOS RELATIVOS DE LOS METODOS (Adapted from Hartman, 1987) Surface Mining Dredging Stripping Open pit mining Quarrying (dimensional stone)

Relative Cost (%)