Curso Metodo Subterraneo

MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEA

SELECCIÓN MÉTODO DE EXPLOTACIÓN Ø Ø Ø Ø Ø Ø

Tamaño, forma y profundidad del depósito Aspectos fisiográficos: topografía, clima, etc. Entorno geológico y geoestructural del sector Propiedades fisicomecánicas de la mena y roca de caja Condiciones de aguas subterráneas y hidraúlicas zona Factores económicos: - Precio - Ley de la mena - Costos de explotación - Tasa de producción - Capital existente, etc.

Ø

Factores ambientales:

- Preservación flora y fauna - Aire y fuentes de agua

José Delgado

MÉTODOS EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEA

CASERONES AUTOSOPORTADOS

• Open Stopes (Caserones Abiertos) • Rooms & Pillars (Caserones y Pilares) • Sublevel Stoping (Exp. por Subniveles)

CASERONES SOPORTADOS

• Cut & Fill (Corte y Relleno) • Long Wall (Frentes Largos) • Square Set (Cuadros de Madera)

CON HUNDIMIENTO

• Sublevel Caving (Hundimiento por Subniveles) • Block Caving – Panel Caving (Hundimiento Progresivo de Bloques)

• Explotación selectiva en cuerpos reducidos • Explotación másiva y a gran escala

Costos Métodos Subterráneos

Método Explotación

Costo Relativo

Rango Costos

Block Caving Room and Pillars Sublevel Stoping Sublevel Caving Long Wall Shrinkage Stoping Cut and Fill

1,0 1,2 1,3 1,5 1,7 5,0 6,0

4 – 12 US$/t 10 – 20 US$/t 10 – 25 US$/t 15 – 25 US$/t 20 – 30 US$/t 30 – 60 US$/t 35 – 70 US$/t

OPEN STOPES

Análisis del Método 1.

DESARROLLO & PREPARACION ¨ Acceso al depósito ¨

Desarrollo lateral Niveles principales (30 – 60 m) Chimenea laterales à UE

¨

Preparación Chimenea central Puente natural de mena Chimeneas cortas Embudos Buzones

Análisis del Método 2. EXPLOTACION

Bancos Derechos ¨ Bancos Invertidos ¨

3. CARACTERÍSTICAS MÉTODO ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨

Baja inversión inicial Preparación reducida Poca mecanización à M. O. abundante Ventilación prácticamente natural Baja productividad: 2 – 10 t/h-turno Soporte nulo o mínimo à Buena seguridad Costo de explotación alto Requiere de leyes altas Poco selectivo

LONGWALL MINING • Metodo soportado para yacimientos tipo manto. • Explotación: Avance de un frente largo con perforación/ tronadura o con cortadores mecánicos (“cepillos”). • Sector explotado es dejado abierto o se controla su hundimiento.

Longwall Mining en roca dura: minas de oro, cromo y platino en Sudáfrica.

Equipos Empleados Axera XLP

Robolt XLP

EJC 88 XLP loader

ROOMS & PILLARS

Campo de Aplicación §

Mantos à Buzamiento bajo a moderado ( ≤ 40º )

§

Potencias frecuentes: 2 a 20 m

§

Casos excepcionales: 40 a 60 m à Problemas de seguridad (estabilidad techo) à Baja recuperación

§

Gran desarrollo lateral en plano horizontal

§

No aconsejable en yacimientos muy profundos (H > 200 m) à Exceso de sobrecargas à Pilares de gran tamaño à Alta densidad de pilares

§

Existencia de agua à Inestabilidad de rocas

§

Explotación:

Mena extraída Mena in situ

à CASERONES à PILARES

SUB LEVEL STOPING

EXPLOTACIÓN POR SUBNIVELES n

Explotación en realce

n

Preparación de la base à Nivel de transporte (NT)

n

Ejecución de subniveles de perforación (SP)

n

Confección de cara libre

n

Arranque en franjas verticales mediante tiros largos desde SP

n

Mena cae a fondo del caserón à Extracción en NT

n

Retiro del mineral tronado con equipos mecanizados

n

Yacimientos de gran tamaño à Caserones quedan separados por pilares y puentes mineralizados o son rellenados

CAMPO DE APLICACION - Cuerpos de gran buzamiento à Mayor < reposo material à Gravedad

- Vetas de potencia ≥ 2 m y masas mineralizadas - Roca de cajas relativamente estables - Mineral competente - Límites cuerpo mineralizado + ó - regulares

2 – 30 m

SHRINKAGE STOPING n

Explotación por realce con almacenamiento de mineral en el caserón à Cámara almacén

n

Vetas de poca potencia (< 2m) y manteo pronunciado (> 60º)

n

Arranque por franjas horizontales en forma ascendente

n

Se extrae ~ 40 % del material tronado y el resto queda en el caserón à plataforma de trabajo

n

Mineral almacenado se extrae al finalizar explotación àcaserón queda vacío

n

Mineral no debe ser degradable ni alterable fácilmente

n

No permite alta mecanización al interior del caserón

CUT & FILL

CORTE Y RELLENO n

Explotación por realce generalmente

n

Arranque del mineral por franjas horizontales

n

Mineral tronado se evacua totalmente del caserón

n

Caserón va siendo rellenado con material estéril à plataforma de trabajo y sostenimiento de paredes

n

Método de alto costo à aplicable a minerales de alta ley

n

Puede ser altamente mecanizado tanto al interior como en la mecanizado, base del caserón

n

Método muy flexible y de elevada selectividad

SUBLEVEL CAVING

HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES n

Explotación por rebaje mediante subniveles

n

Subniveles forman una red de galerías que cubre toda la superficie del yacimiento

n

Mena y roca estéril de pobre competencia

n

Cada galería à perforación de tiros en abanicos, hundimiento del mineral, carguío y transporte del mineral a O.P.

n

Material estéril hunde continuamente sobre el mineral arrancado

n

Generación de cráter de subsidencia en superficie

n

En cada subnivel se perfora, carga y transporta mineral

n

Dilución y pérdidas de mineral significativas

n

Alrededor de 20 % del mineral se extrae en los desarrollos

Equipos Empleados

BLOCK CAVING PANEL CAVING

HUNDIMIENTO PROGRESIVO DE BLOQUES n

Yacimientos muy grandes y masivos

n

Buzamiento >> que ∠ reposo material

n

Gran extensión vertical

n

Estabilidad de mena pobre: à socavación inferior à hundimiento y fragmentación de roca

n

Perforación y tronadura mínima à socavación inferior

n

Mena se fractura y quiebra a si mismo por esfuerzos internos y gravedad

n

Mineral de ley relativamente baja o bajo valor comercial: diseminados de cobre y fierro.

n

Superficie permite la subsidencia à cráter

n

Producción de grandes tonelajes

BLOCK CAVING

PANEL CAVING

EQUIPOS EMPLEADOS

Sistemas de explotación de minas n

Métodos subterráneos ¨ Métodos por ¨ Método auto

hundimiento soportados ¨ Métodos soportados n

Métodos de explotación a tajo abierto

Métodos auto-soportados: Caserones por subniveles Perforacion radial Carguío:Scraper Transporte: Camiones

Caserones y pilares

Perforación usando Simba

Perforación usando perf. Manual

Carguío usando LHD

Carguío usando scrapers

Transporte: camiones

Transporte: ferrocarril

Métodos de Hundimiento por subniveles Perforación usando Jumbo radial Carguío usando LHD Pique traspaso Transporte: ferrocarriles

Métodos por hundimiento de bloques Perforación de la base usando Jumbo radial Carguío usando LHD Reducción secundaria Pique traspaso Transporte: ferrocarriles Pique traspaso Transporte ferrocarriles

Definiciones Básicas Introducción a Carguío y Transporte en minería subterránea

Semestre Otoño 2007 Prof. Raúl Castro

Contenidos n

Definiciones básicas en el diseño de minas subterráneas. Componentes de infraestructura ¨ Galerías ¨ Estocadas ¨ Rampas ¨

n

Desarrollos verticales Chimeneas y piques ¨ Tolvas ¨

n n n

Caserones Pilares Lozas

Diseño minero La infraestructura en una mina subterránea debe cumplir diversos roles: Permitir el acceso a unidades de explotación (Caserones) Cumplir con funciones de Extracción y Transporte de mineral Cumplir con funciones de Ventilación y drenaje mina Albergar oficinas, taller de mantención de maquinaria, polvorines, refugios. Sus dimensiones deben ser mínimas por costos asociados (construcción y soporte)

Componentes Infraestructura Mina n

Desarrollos ¨ Accesos

principales (rampa, piques) ¨ Accesos secundarios ¨ Niveles/chimeneas de ventilación n

Preparación ¨ Niveles

de extracción ¨ Niveles de perforación ¨ Sistema de traspaso de mineral ¨ Chimenea slot

Accesos principales usando rampa

Mina Panulcillo (2007)

Accesos principales mediante piques

Systema de manejo de materiales Mount Isa Copper Operations Extraido de Carr and Krause L.E. (2005)

Los accesos pueden ser : Socavones Piques verticales Chiflones o piques inclinados.

Los desarrollos pueden ser : Desarrollo Productivo : Desarrollo Improductivo :

Socavones : Es una labor horizontal o con una pequeña inclinación, que tiene sólo una entrada. Es más barato que construir un pique, es más rápido, económico y seguro. Piques Verticales : Es una labor que tiene una inclinación superior a 45º, y que puede usarse para la extracción de personal y mineral. Posición del Pique respecto a la veta . Al pendiente Interceptando la veta Al yacente

Pique en el pendiente Ventajas. •Desarrollo ordenado, buenos pilares de protección. •Permite encontrar vetas paralelas Desventajas. •Costo excesivo, debido al desarrollo en estéril. •Deslizamiento, al encontrar la veta. Se pierde estabilidad y el control del terreno. •Se puede llegar a perder el pique.

Pique Interceptando la Veta : Ventajas. •Fácil acceso al yacimiento. Genera rápido el flujo de caja. •El costo de desarrollo inicial es menor. •El desarrollo es más armónico en los niveles Desventajas. •Problema de control del terreno •Pilares de protección en mineral •Alto costo de mantención.

Pique al Yacente : Ventajas. •Tiene mayor preferencia. •Seguridad y extracción más fácil aprovechando la gravedad. •Más económico con respecto a los anteriores. Desventajas. •A mayor profundidad, mayor será el avance por estéril.

Galerías y túneles

túnel Galería: túnel sin salida al sol, que conecta sectores dentro de la mina.

Techo caja

Pendiente

Carpeta de rodado

Piso Drenaje (puede existir sólo uno)

Dimensiones en una galería

0.5 metros

Dimensiones de acuerdo a equipos y legislación

•Si la galerías es de mas de 100 m de largo ubicar refugios cada 30 m si 0,5 m de ancho de equipos

0.5 a 1 metro Art. 368º

En el diseño de galerías se deben considerar holguras

José Delgado

José Delgado

Construcción de galerías en roca Tiros de •Rainura •Zapateras •Contorno •Auxiliares •Factores a considerar: •Perforación: Diametro/equipo •Espaciamiento y burden •Tronadura: explosivo •Costos construcción

Gráficos empíricos numero de perforaciones para diferentes secciones

Gráficos empíricos factor de carga para diferentes secciones y tipos de roca

Kg/m

Área de la sección

Costos de labores (US$/m) Costos de Construcción SECCION Avance estimado Toneladas

numero requerido

1. Mano de obra Capataz

5 x 4.5 m

mavance/mperforados

numero 1 1 1 2 1 1 2

Operador Jumbo Op. Cargador Frontal Op. Camion Op. Utilitario tronadura Ay. Utilitario Mineros

3 168

Avance (m/dia)

Valor mes US$/mes 1500 1500 1300 1200 1000 700 800

dias/mes US$/turno 24 25 25 25 25 25 25

Total Mano de Obra

2. Equipos Costo Equipos Jumbo Rocket Boomer 282 Cargador Frontal 3.8 m3 Camion Utilitario Explosivos Total Costo Equipos

2. Costo Materiales 2.1 Aceros Barras 13" Culatin r38 Bits 2,5" Coplas Corona Adaptador Piloto Total aceros 2.2 Explosivos Anfo Tronex Detonador a mecha Nonel Cordon detonante Costo Explosivos Costo Materiales

62.5 60 52 96 40 28 64

Avance (m/dia) 4.41 5.41 4.10 4.10 4.10 4.10 4.10

4.1 US$/m 15.24 14.63 12.68 23.41 9.76 6.83 15.61 98.2

Costo unitario US/Hr 41.6 37.7 21.0 14.3

Costo unitario US$ 215 190 40 50 125 105

US$/unidad 0.65 0.54 0.17 1.91 0.22

2.3 Fortificacion (perno + malla sistematico)

206

Servicios Mina

1.5

US/m 54.8 47.2 26.3 23.5 151.8 Vida util m 2076 2749 266 3528 338 312

US/m 0.10 0.07 0.15 0.01 0.37 0.34

US/m 6.89 4.60 9.99 0.94 0.43 0.39 23.24

US$/m

US$/m 23.5 7.5 0.6 35.7 1.3 68.5 91.7

US$/m

206

US$/kg US/unidad US$/m US$/unidad US$/m

US$/ton

84.2

Subcosto galería Imprevistos (12% costo)

US$/m

631.9 75.8

Costo construcción

us$/m

708

Desquinches en Galerías

Desquinche en una Galería

Desquinche

Corte transversal Planta

Isométrico

Los desquinches se utilizan para permitir el paso de equipos interior mina: Ancho= ancho equipo a operar Largo = función del largo del equipo

Forma de galerías

S2 = A2 × π / 8

H S1 = A × ( H - A / 2 )

A

Radio de Giro interno

Radio de Giro medio

Radio de Giro externo

Sección Total = S1 + S2

Forma de las galerías esta dada por dimensiones de equipos y estabilidad

Rampa de acceso Galería de acceso a distintos niveles:

Rampa Circular

Puede ser circular o en 8. Pendiente dada por equipos:

Rampa en “8”

-10-12% camiones Rampa Elíptica

-15% correas

Estocadas Galerías cortas para distintos usos:

Estocada Diagonal Planta

-Conectar galerías -Almacenamiento mineral

Isométrico

-Punto de carguío -Refugios para personal Estocada Perpendicular Planta

Isométrico

Preparación de la base de un caserón

Subniveles de Perforación

Caserón

Estocada de Carguío Chimenea de Ventilación

Zanja Galería de Zanja

Nivel Base (Carguío de Producción) Punto de descarga a pique

Subnivel de Ventilación

Chimenea o pique de Traspaso

Descarga (Buzón) Nivel de Transporte Principal

Desarrollos verticales Art. 386º: Topes o parrilla 50 cm. Sobre el piso en chimeneas de traspaso

Chimenea de Ventilación

Chimeneas de Traspaso

Pique: galería vertical o sub vertical de secciones variables, construida desde arriba hacia abajo, pudiendo o no romper en superficie. Según su función se le asignan nombres. Pueden tener más de una función (pique maestro). Chimenea: excavación o galería vertical o sub vertical de secciones variables, Según el artículo 335º no se deberá construir chimeneas que desemboquen en medio de la sección de un túnel o galería, por lo que su descarga tendrá que ser por un costado de dicha excavación. Según el artículo 339º las chimeneas construidas manualmente no podrán superar los 50 metros de longitud si son verticales y para construcciones sub verticales se tiene la siguiente tabla:

Tolvas de almacenaje Tolvas interior mina de Acopio mineral para resguardar producción:

Chimeneas de Traspaso

Interior mina (1 dia producción) Stockpile (1 mes de producción)

Silo o Tolva Diámetros: 8 a 10 m

Descarga a Buzón

4 metros

Nivel de Transporte Principal

Pilares en método de caserones y pilares Pilar a b

Dimensiones de pilares y techos determinadas por estabilidad/recuperación

Pilares en caserones Accesos en Pilares entre Caserones

CASERÓN

Pilares entre Caserones

Pilares entre estocadas

Pilares entre caserones 20-25 m

Pilares y lozas en nivel de transporte Caserón Superior Losa de seguridad entre caserones Pilares entre Estocadas

Pilar entre estocadas 7 -10 m

Caserón Inferior

Espesor de las lozas 20-25 m

Sub Level Caving

Operaciones Unitarias SLC • • •

•

• • • •

Se utiliza en cuerpos mineralizados con orientación vertical y alta potencia mayor a 40m La roca de caja es de baja competencia y la roca mineral competente a mediana Se explota por subniveles donde se realizan en ciclo las operaciones unitarias de perforación, tronadura, carguío y transporte Consiste en hundir la roca de caja y la pared colgante de esta manera el mineral queda en contacto con el estéril facilitando el acceso de LHDs a través de las galerías de producción Productividad 4000 a 20000 tpd Costo 7-12 $/t Dilución es alta hasta un 15% Recuperación 75%

Características del Método de Explotación n n n n n n n

Método descendente, facilita la entrada en producción Es flexible, permite adaptarse a la geometría del cuerpo mineralizado, incorporando otros sub niveles Selectivo, permite extraer solamente el esponjamiento en zonas de baja ley A partir del manejo de la fragmentación del mineral se puede disminuir el % de dilución Rock Factory, permite avanzar en diferentes operaciones unitarias a la vez en diferentes niveles Riesgo es controlado ya que cada abanico de perforación contiene del orden de 1500 -2000t Es seguro ya que se trabaja bajo techo fortificado

Modelo Clásico de SLC •

•

• •

Operaciones Unitarias – Perforación de producción – Producción – Carguío de explosivos – Preparación El mineral es fragmentado por perforación y tronadura mientras el techo de la explotación y la pared colgante se fragmenta y hunde por acción de los esfuerzos inducidos Método descendente que se trabaja por niveles El estéril rellena continuamente los espacios dejados por el mineral fragmentado

Conceptos Básicos n n n

n

El material de sobre carga debe hundir en forma continua de modo de confinar el mineral a tronar Una vez que el mineral es extraído este suele ser reemplazado por material estéril de sobre carga Debido a que mineral y estéril se encuentran en movimiento hacia el punto de extracción existe mezcla entre mineral y estéril el cuál define la ley de producción El diseño y la programación de la producción debe ser tal que maximice la extracción de mineral sin diluir

Diseño y Flujo n

n

n

n

El método de explotación se basa en que el mineral está constantemente interactuando con el estéril hundido Los sub niveles de producción se desarrollan transversal al cuerpo mineralizado En cada sub nivel en la pared colgante se desarrollan chimeneas de cara libre En la pared pendiente se socavones de acceso que conectan a piques los cuales concentran la actividad de transporte en un nivel de transporte generalmente con trenes y camiones.

Dilución Modelo de Dilución Tradicional, Kvapil (1982)

n

n

n

El punto de entrada de la dilución define la recuperación de reservas y por lo tanto impacta el plan minero y el negocio sustentado por este Los diseños tradicionales de SLC se basaron en la teoría de silos reportando un porcentaje de entrada de la dilución de 20-40 % La dilución acumulada de este método es del orden de 3050% con factores de ley de un 60%

Comparación en los Diseños n

n

n

Excavaciones pequeñas y ampliamente espaciadas que tienden a generar alta dilución y baja recuperación Excavaciones anchas de baja altura que permita realizar un carguío de la pila de mineral uniforme y un espaciamiento adecuado para lograr interacción Se prefieren cruzados de producción transversales los cuales reportan mayor flexibilidad al tener una mayor cantidad de puntos de extracción y menores distancias de acarreo

Modelo Mejorado SLC n

n n

Reporta porcentajes de entrada de la dilución de 40-70% Dilución acumulada de 15-30% Factores de ley de 7080%

Fundamentos de la Nueva Teoría n

n

La manera de realizar la extracción es uniforme entre calles de producción de un mismo nivel de producción, lo cual permite inducir una zona de baja densidad la cual facilita el flujo uniforme de material El material estéril se compacta debido al peso de la sobre carga y la tronadura del mineral, por lo tanto la dilución lateral es significativamente menor a lo predicho por modelos de arena

Geometría de Elipsoide de Extracción como Función de la Extracción n

La extracción uniforme de calles de producción contiguas permite que se erosionar con mayor energía la zona entre calles de producción, produciendo una gran zona de baja densidad la cuál facilita el descenso uniforme del material estéril de los niveles superiores

Fragmentación Variable en la Columna de Extracción n

n

n

n

La variabilidad de fragmentación en la columna hace que se produzcan colgaduras internas de mineral Tiraje interactivo inducirá a una mayor frecuencia y tiempo de colgadura facilitando la entrada de la dilución de las zonas que presentan una alta densidad Se debe controlar la extracción inicial de la columna de modo de generar suficiente roce entre partículas de mayor tamaño de modo de mitigar la probabilidad de colgadura El control de extracción es fundamental

Diseño n

n

n

n n

Los cruzados de producción se deben espaciar de acuerdo al grado de interación deseado, utilizar reglas de flujo El espaciamiento entre niveles lo condiciona las capacidaded de perforación, hasta 30m El diámetro de perforación debe ser el máximo posible para evitar desviaciones y asegurar un burden adecuado (115mm). Define el burden de acuerdo a B=20D La razón entre espaciamiento máximo y burden es 1.3 para lograr la fragmentación y la compactación adecuada de la roca

Ejemplos de Diseño

Ejemplo Mulfura Mine

Kiruna Mine

Abanicos Verticales vs inclinados n

n n

Mejor inducción del flujo al existir una componente horizontal Se retrasa la entrada de la dilución Se facilita el acceso a cargar los anillos de tronadura

Curvas de Dilución del Método Propuesto

σ roca

σp Sp

σp

σ roca σp Sp

Campo de esfuerzos presente en el macizo rocoso Campo de esfuerzos actuando sobre el pilar Resistencia del pilar

σ roca σp

fs = Sp

σp σ roca

σp Sp

Factor de Seguridad del Diseño

Campo de esfuerzos presente en el macizo rocoso Campo de esfuerzos actuando sobre el pilar Resistencia del pilar

Sp

σp

• Factor mayor a 1 • La tendencia actual es calcular la confiabilidad del diseño

P ( S p ≤ fσ p ) Aproximación probabilística al diseño de minas

n

n

GSI (Geologic Strength index), índice geológico de resistencia GSI=RMR(76)

Resistencia de Macizo Rocoso n

Criterio de Hoek and a Brown (1980, 1995) '

  σ3 σ = σ + σ ci  mb + s    σ ci ' 1

' 3

σ ci Resistencia a la compresión no confinada roca intacta  GSI − 100  mb = mi exp  28  

GSI >=25  GSI − 100  s = exp  9   a = 0.5

GSI