CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO POR VOLADURA PARA EL CONTROL DE DILUCION Y PÉRDIDA DE MINERAL M INERAL EN ANTAMINA Jhon Espinoza
Lisset Muñoz
Raúl Parra
Compañía Minera ANTAMINA S.A.
[email protected] [email protected] [email protected] RESUMEN El proyecto de control de desplazamiento por voladura, se inició en febrero del 2008, con el objetivo de cuantificar el movimiento de materiales después de voladura, calcular la dilución, pérdida de mineral y minimizar dichos eventos para optimizar el minado, la recuperación de la mena y el beneficio económico dentro de la operación de Antamina. Para el cálculo del desplazamiento de materiales se colocaron monitores electrónicos dentro de hoyos que no son cargados con material explosivo, se ubican a profundidades pre-establecidas y a determinada distancia entre si. Estos monitores emiten una señal de radio que permite conocer su ubicación antes y después de la voladura, con lo que se llega a determinar el desplazamiento en 3 dimensiones. Los resultados indican que el desplazamiento horizontal varia en un rango de 4 a 12 metros, presentando un mayor desplazamiento a mitad de banco (7.5m). Así mismo, el desplazamiento depende de tres factores relevantes: tipo de amarre de la malla (echelon, V y trapezoidal), factor de potencia y presencia de material contigua a la voladura. Las medidas experimentales indican que el desplazamiento después de la voladura produce dilución y pérdida de mineral en el orden del 5%, lo cual al ser controlado ha representado un beneficio económico de $7’005,031.53 para el año 2009 en el caso de Antamina.
ABSTRACT The project of displacement control due to blasting was initiated on February 2008 with the objective of quantifying movement of materials after blasting, calculate dilution and ore loss and minimize such events in order to optimize mining, ore recovery and profits in Antamina operation. To calculate material displacement, electronic monitors were used inside blastholes that were not charged with explosives, separated to avoid interference between them and placed at a specific depth. These monitors transmit a radial
signal that allows finding them before and after blasting, thus the displacement is determined in three dimensions. The results show that the horizontal movement ranges from 4 to 12 meters. The highest displacements occur at the middle of the bench height (7.5m). In addition, displacement depends on three relevant factors: type of tie up of the grid pattern (Echelon, V and trapezoidal), power factor and presence of material adjacent to blasting. Experimental results indicate that displacement after blasting produces dilution and ore loss of up to 5%, thus by controling this effect it represented a profit of $7’005,031.53 during 2009 in Antamina.
INTRODUCCION El depósito de skarn Cu -Zn de Antamina, es una de las operaciones más grandes y complejas del mundo, la complejidad de su geología y las concentraciones variables de minerales de Cu, Zn, Bi, y Pb definen hasta ocho tipos de materiales. Estos dos factores producen la generación de polígonos de materiales con dimensiones y geometrías irregulares que dificultan su extracción, así mismo, una malla de perforación puede contener varios polígonos de diferentes minerales. Adicionalmente, el desplazamiento de material producto de la voladura da como consecuencia dilución y pérdida de mineral, en las zonas de contacto entre materiales, haciéndola aun más compleja la recuperación de mineral durante el minado. Antes y después el diseño de amarre de la malla de voladura se puede determinar la dirección de desplazamiento del material más no la magnitud del movimiento y su impacto en los materiales resultantes. Basado en este desconocimiento, se optó por utilizar la tecnología de BMMs (Blast movement monitors) para realizar el cálculo y determinación de la magnitud de desplazamiento producto de voladura y atenuar el efecto de dilución durante la operación de carguío en Antamina.
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ANALISIS DEL PROBLEMA Se define comúnmente como dilución a la inclusión de material estéril con la mena durante el minado lo cual conlleva a la disminución de la ley del mineral y genera una pérdida económica durante el procesamiento ya que el desmonte es tratado sin obtener un producto económico y además toma la oportunidad de que otra zona de mena sea procesada. Se define como pérdida de mineral, al mineral cuyo valor económico es conocido pero asignado como material de desmonte y por lo tanto es asignado a los botaderos de desmonte, con la consiguiente pérdida económica por no procesar la mena. En la minería a cielo abierto, la técnica de extracción de mineral mediante voladura conlleva una necesidad de controlar la dilución que se produce a través de los mecanismos de fragmentación y desplazamiento del material. La necesidad de optimizar los recursos, los grandes volúmenes movidos en cada voladura y el actual valor histórico de los metales hacen del control de la dilución un aspecto de significado económico de primer orden. En Antamina se han identificado dos factores fundamentales para la dilución: 1. La disarmonía lito-mineralógica presente en Antamina es marcada y típica de un yacimiento tipo Skarn (Cu- Zn – Bi- Mo - Pb), donde las unidades lito-mineralógicas que presentan marcadas diferencias físicas (dureza, peso específico y grado de fracturamiento) y mineralógicas (por ensambles de cristalización debido a los grados y tipos de alteración) juegan un rol muy importante en la voladura, variando el tipo de malla de perforación y el uso de explosivo (variación de factor de carga) para una mayor fragmentación. 2. La optimización del grado de fracturamiento de la rocas requerido por el Proyecto Mine to Mill orientado a incrementar en tonelaje de tratamiento de mineral en la planta (con mineral altamente triturado en el proceso de voladura); implica: Reducir la malla de perforación primaria de 8m x 7m a 7.5m x 6m. Incrementar significativamente la carga de material explosivo. Conllevando a incrementar el factor de carga, lo lleva consigo una mayor fragmentación, mayor desplazamiento y mayor dilución del mineral •
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Los dos factores citados tienen una alta repercusión en la respuesta al proceso de
voladura en Antamina que se traduce en la dilución debido al desplazamiento del material fragmentado, que por ende genera contaminación entre los diversos tipos de mineral y desmonte. La dilución generada en Antamina repercute en la cadena de creación de valor al: Generar problemas de recuperación metalúrgica por la mezcla de los tipos de mineral (contaminantes de un tipo de mineral ingresan a otro libre de ellos). Disminuir el tonelaje de los cuerpos por pérdidas de mineral y dilución. Desplazar los contactos de las unidades litológicas e inducir a errores en el minado como: enviar desmonte a la planta o mineral a los botaderos. •
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OBJETIVOS DEL PROYECTO •
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Implementar mecanismos para controlar la dilución y la pérdida de mineral causado por el desplazamiento de material producto de la voladura, mediante la colocación estratégica de monitores electrónicos en las mallas de perforación. Definir los parámetros de desplazamiento, basados en la información que provee la voladura tales como: tipo de amarre y factor de potencia. Calcular y cuantificar el desplazamiento de material por efecto de voladura, para en base a estos valores ajustar los polígonos diseñados a su estado real después de esta. Controlar la dilución y la pérdida de mineral causado por el desplazamiento de material producto de la voladura, mediante la colocación estratégica de monitores electrónicos en las mallas de perforación.
METODOLOGIA Y DESPLAZAMIENTO
CÁLCULO
DE
Para el presente estudio se utilizaron 70 monitores distribuidos en 22 mallas de voladura, donde el criterio para la ubicación de los monitores fueron: el contacto entre minerales de Cu, Cu-Zn y mineral-desmonte. La metodología usada fue la siguiente: •
Antes de la voladura, determinar la posición de los monitores (BMM), lo que a su vez dependerá de los siguientes factores: Tamaño de la malla de voladura. Tipo de amarre de voladura. Contacto de materiales. →
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Los monitores deben ser colocados a distancias mayores o iguales a 20m, para evitar la interferencia de la señal de radio entre aquellos que fueron situados en la malla de perforación. Planificada la ubicación de los monitores, se procedió a perforar los hoyos y colocar los monitores. La ubicación es planificada de acuerdo a la proyección de los materiales y al posible contacto menadesmonte. Después de voladura, usando el detector se procedió a ubicar el monitor desplazado, basado en la señal de radio emitida por cada monitor. Los monitores BMM se ubicaron en mallas con características similares en: tamaño de la malla de perforación, tipo de amarre, factor de potencia y tipo de roca. La tecnología BMM otorga el beneficio de cuantificar el movimiento de material producto de la voladura en 3 dimensiones, ver figura 1.
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Las magnitudes de desplazamiento (horizontal y vertical) obtenidos de los BMM´s son llevados a un análisis grafico conjuntamente con el ángulo de reposo del material fragmentado (60°) y la curva ideal obtenida. Este cálculo define la magnitud verdadera de desplazamiento del material que será replanteado en campo y delimitará la posición final del material a minar, el cálculo gráfico que explica este procedimiento se muestra en la figura 3. 2,09
Posicion Inicial de Min ado
A
M1
Posicion Final de Min ado
Mineral
Espongam iento
Curva Teorica
Desm onte 3 , 8
Pto. Final BMM
Pto. Inicial BMM
Mineral
° 0 6
Nivel 4058 11,59
3 . Perfil mostrando el desplazamiento de materiales determinado con monitores electrónicos. En este caso el Desmonte invade el Mineral por lo que el límite debe ser corregido para evitar dilución y pérdida de mineral. Figura
1. Sección del movimiento de monitores electrónicos durante la voladura.
Figura
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Los datos de desplazamiento obtenidos indican que el desplazamiento horizontal tiene una distribución parabólica con respecto a la profundidad donde el mayor desplazamiento se da a mitad de banco. Con los puntos experimentales se define una curva ideal de desplazamiento, la cual es representada de manera grafica en la figura 2. La curva ideal debe rotarse para expresar el desplazamiento horizontal en el eje X y el vertical en el eje Y (Figura 3).
FACTORES DETERMINANTES DESPLAZAMIENTO
Luego de un análisis de diversos factores se determinaron que las variables que son significativas en el desplazamiento de material producto de voladura son:
FUNCION DE CURVA IDEAL
16 L A 14 T N O 12 Z I R O 10 H O T 8 N E I M 6 A Z A P 4 L S E D 2
Datos Experimentales
2
y = -0.1193x - 1.4075x + 9.2514
0 6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10 -12 -14 -16 -18
PROFUNDIDAD
Figura 2 . Curva ideal de desplazamiento para Antamina.
DEL
Tipo de amarre de malla de voladura: los tipos de amarre tienen la función de controlar y direccionar el desplazamiento del material, es por ello que el amarre en echelon debido a que las fuerzas de movimiento tienen una sola dirección incide más en el desplazamiento de material comparado con el tipo V y trapezoidal que conjugan dos o más fuerzas. Factor de potencia: las zonas de mineral tienen un diseño de malla más reducida para mejorar su fragmentación esto conduce al mayor uso de explosivos por tonelada de material (Kg/Tn) generando mayor
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energía, mayor fragmentación y consiguientemente mayor desplazamiento de material. Tipo de material: Los tipo de materiales de Antamina presentan marcada variación de densidad por su composición de menas, donde el material de Cu-Zn es de mayor densidad comparado al material de Cu. Material volado que sirva de amortiguación delante de la malla de perforación: material fragmentado contiguo a la malla de voladura contribuye a amortiguar el desplazamiento del material producto de la voladura. Sin embargo, áreas de voladura con pared expuesta o sin material contiguo (amortiguación o “colchón”) conducen a un mayor desplazamiento del material y consiguientemente a mayor dilución.
CONCLUSIONES De acuerdo a los análisis realizados se concluye que: •
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RESULTADOS Los resultados de este estudio se basan en el uso de 70 monitores electrónicos, de los cuales 16 de ellos fueron eliminados por considerarse como valores erráticos y procesando los resultados de 54 datos validos. Los resultados más destacados son: •
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La magnitud del desplazamiento del material producto de la voladura es función del tipo de amarre, el factor de carga y la presencia o ausencia de material en la periferia de la malla. El desplazamiento horizontal varía con la profundidad al cual fue colocado el monitor: a mitad de banco (7.5m) el desplazamiento varia entre 8 a 13m, a 12m de profundidad el desplazamiento es de 7m, y a 4m de profundidad el desplazamiento es de 4m. Se logró determinar la curva patrón de desplazamiento en el material volado (función parabólica invertida). Se ajustaron los límites de los contactos de polígonos de acuerdo al desplazamiento medido y ajustado considerando el ángulo de reposo del material. Como producto del uso de esta tecnología, el año 2009 se logro evitar 572,329 toneladas entre dilución y pérdida de mineral, lo que representó un 5% de la producción anual de Antamina.
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Según los tipos de amarre de voladura utilizados, el amarre tipo “V” genera mayor desplazamiento horizontal, que va de 8m a 13m comparado con el amarre de tipo “Echelon” que tiene un menor desplazamiento horizontal, de 4m a 10m. Para el amarre de tipo “V”, el movimiento promedio del límite de material en el campo posterior a la voladura es de 4m. Para el caso de amarre en échelon, el movimiento de límites de materiales va de 2 a 3m. A mayor factor de potencia (>0.46Kg/Tn), existe un mayor desplazamiento horizontal. Es importante contar con material fragmentado al perímetro o frente de la malla de perforación, lo cual amortigua y contribuye a evitar un mayor desplazamiento durante la voladura. Para la determinación de movimiento de límites de material en el campo, se realizó un cálculo grafico y un modelo matemático que permite definir el desplazamiento verdadero del material en campo, para ello se usa datos adicionales de ángulo de reposo del material y proporción en dilución de los materiales, como se observa en el grafico 2.
RECOMENDACIONES •
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Suministrar información geológica al área de Perforación y Voladura para un mejor cálculo de cargas puntualizadas que coadyuven a disminuir el desplazamiento de los materiales después de la voladura. Implementar un control operativo de dilución en el campo con geólogos con el ajuste de los límites de materiales de acuerdo a los resultados obtenidos con los monitores electrónicos. Los insumos para el proceso de desplazamiento (monitores electrónicos) deben ser considerados
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como consumibles en el presupuesto operativo. Uniformizar la práctica de dejar una zona de amortiguación contígua a una malla a ser volada para reducir el efecto del desplazamiento. Se recomienda dejar un ancho de 15m. Sistematizar el cálculo del desplazamiento y ajuste de los polígonos de minado de acuerdo a los resultados obtenidos por un número limitado de monitores. El cálculo debe producirse con la menor intervención posible del sesgo subjetivo personal y considerando el valor económico de la pérdida/ganancia del material.
REFERENCIAS 1. Thornton D. Measuring 2008. Blast Movement for Improved Grade Control at Antamina, Informe Interno febrero 2008. 2. Sarma S. K. 2007. Metso Minerals, Inc. Ore loss and dilution, Informe interno Antamina. 3. Cebrián Romo B. 2007. Técnicas de voladuras para control de dilución en minería metálica XII Congreso Internacional de Energía y Recursos Minerales, Oviedo, Octubre de 2007.
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