Diseño Sub level Caving Modulo 1.ppt

Diseño minas explotadas por Sub Level Caving (SLC)

Definición

Sublevel caving es un método de explotación masivo subterráneo basado en la utilización de flujo gravitacional del mineral tronado y diluyente hundido

Condiciones ideales • Roca de caja dura, diseño de pilares • Roca competente, con pocas estructuras (formación de cuñas) • Pocas estructuras mayores • Yacimiento verticales • Esteril con algun contenido del mineral de interes • Depositos masivos • Fragmentación gruesa del esteril • Condiciones secas • Buena hundibilidad del esteril para el poligono de extracción

Descripción • Mineral es fragmentado a través de tronadura • Diluyente o roca huesped hunde bajo la acción de esfuerzos inducidos y gravedad. • Es un método “top down” • Desarrollo de puntos de extracción mobiles o subniveles • Cabezera en slot al final de la calle de producción. • Mineral es tronado con perforación radial • Pre-carguío de explosivo es de 3-4 paradas • Secuencia de extracción obedece a regla de 45° en paneles

Ventajas • Minería tipo “top-down” – Producción desde niveles mas superficiales con la consecuencia entrada en producción.

• Flexibilidad – Se puede conocer de mejor forma la mineralización a medida que se realizan los desarrollos.

• Selectividad – Si se encuentran bolzones de baja ley se puede solo se extrae el esponjamiento – Tronadura que resulte en fragmentación más gruesa

• Productividad – En yacimientos masivos se pueden efectuar las operaciones unitarias en varios niveles. – Se pueden estandarizar e industrializar, concepto de “rock factory”

Ventajas • Riesgo – Menor cantidad de reservas sujetas a riesgo de ser recuperadas por punto de extracción – Mineral perdido puede ser recuperado en niveles inferiores por sobre-tiraje.

• Seguridad – Minería realizada en galerías soportadas

Desventajas •

Dilución, mineral rodeado de esteril

•

Todo el mineral debe ser tronado

•

Recuperación baja o alta con dilución (>20%)

•

Alta cantidad de desarrollos

•

Subsidencia en superficie

•

Parámetros de flujo gravitacional no conocidos previo a la explotación (requiere pruebas en terreno para optimizar las operaciones)

•

Requiere un control estricto de los parametros de perforación y tronadura ya que esta se realiza en abanicos y en condiciones confinadas – concentración no uniforme de energía del explosivo puede generar back break, congelamiento de tiros, fragmentación gruesa.

Evolución del metodo de explotación SLC convencional

SLC modernos

Aplicado a mineral poco competente Mineral de desarrollos: 15-20% Recuperación : 80-85% Dilución: 30-35% en volumen Distancia entre subniveles: 7 – 15 m Punto entrada dilución

Aplicado a mineral competente Mineral de desarrollos: 7% Recuperación : 90-100% Dilución: 15-24% en volumen Distancia entre subniveles: 20-30 m Punto entrada dilución: > 50%

Indice de desarrollo (ton desarrollo/ton ring) = 0.178 t/t

Indice de desarrollo (ton desarrollo/ton ring) = 0,055 t/t

Volumen disponible para tronadura 17,8%

Volumen disponible para tronadura 5,5 %

Esquema clásico en SLC

SLC- modernos

Comparación de diseños- SLC

Parámetros de diseño – – – – – – – – –

Distancia entre subniveles Distancia entre drifts en el mismo nivel Ancho de puntos de extracción Forma de puntos de extracción Parámetros de perforación y tronadura en rings Slots Control de la fragmentación Control del tiraje Estabilidad

Revisión guías de diseño SLC

Guías propuestas de diseño • Kvapil (1982,1992)- diseño SLC convencional basado en conceptos de tiraje aislado • Kvapil (2004) – diseño SLC para diseño tipo silo • Bull y Page (2000)- Teoria interactiva aplicada al diseño del SLC y su operación • Hustrulid (2001) – Diseño basado en parámetros de perforación y tronadura • Hustrulid & Kvapil (2008) – diseño SLC modernos

Modelos de flujo gravitacional (Kvapil, 1992)

Pared lisa

Ensayos de FG en SLC

Pruebas usando marcadores físicos (Janelid, 1973)

Comparación pruebas con modelos escalados de arena

Determinación de espaciamiento

Definición de altura de elipsoide de extracción

Influencia de condiciones de borde en el flujo gravitacional

Influencia de la geometria de salida en el ancho de extracción

Efecto sobre ancho de extracción

El ancho aumenta un 20% para el caso de 80° de inclinación

Efecto sobre profundidad de extracción

1. Metodología de diseño (Kvapil, 1992)

Determinar: SD: espaciamiento entre galerías (m) HS = distancia entre niveles (m) Dados: WD= ancho punto extracción,m HD= altura punto de extracción,m

SLC tradicional (Kvapil, 1992)

Ancho efectivo

Ancho en % de galería para distintas formas de punto de extracción

Ancho de elipsoide de extracción Ancho W´en función de la altura total del elipsoide de extracción Ht (m)

2 H S  Ht 3 Ht determinado por largo máximo de perforación: SLS convencional : 20-30 m

WT  W ´ a  1.8 a, ancho efectivo de extracción

Espaciamiento y burden Burden estimado Hs 18 m

WT SD  0.65

SLS Convencional Hs=20-30 m

SD  H S

d t WT b  2 4

Ejercicio 1 • Determine los parámetros de diseño del nivel de producción de una mina a ser explotada por SLC convencional para las siguientes condiciones: – – – –

Ancho punto de extracción 5 x 4 m Altura máxima de perforación 30 m Mineral corresponde a porfido de cobre Fragmentación fina (< 200 mm)

Diseño SLC tipo silo • Tipo 1: material tronado fino • Tipo 2: material tronado hasta 0,3 m • Tipo 3: material tronado hasta 0,6 m • Tipo 4: material grueso con bolones de 0,75 m o mas ocasionales • Hn, 2 x altura subniveles SLC modernos > 20 m, geometría tipo silo (Kvapil, 2004)

Diseño: ejemplo SLC tipo silo Suponga una altura entre subniveles de 25 m

hN  25 x 2  50 m Suponga burden de 3 m y 80° inclinado Tronadura estándar clase 3 Dimensiones de calles es 5 x 3,8 m De gráfico de diseño bn= 18 m (ancho elipsoide de extracción a 50 m) Bn( inclinado) = 1,15 * 18 m= 20,7 Bn(inclinado) = 1,1 * 18 = 20 m (disminuye factor de seguridad)

Diseño SLC modernos Diseño SLC: 1. Punto de extracción 5 x 4, 6 x 5, 7 x 5 (LHD) 2. Burden y espaciamiento:

ANFO  B= 20 D Mas energeticos B=25D B/S = 1.3

Ejemplo: Ref. Bullock y Hustrulid (2001)

D= 115 mm; emulsión

Planning the undeground Mine on the Basis of Mining Method Underground Mining Methods, Engineering fundamentals and International Case Studies, SME.

B= 3 m

E= 4 m

Intervalo subniveles 25 m

Intervalo subniveles 25 m Angulo base 70° (flujo)

Angulo 55° para quebrar mineral en el apex Reducir largo maximo perforación

Ubicación disparos en el ring Buffer se deja de un 1 entre los bordel del ring - Tiros inclinados 70°-80° para mejorar la estabilidad de la visera y acceso para cargar los disparos. Superposicipon elipsoide de extracción

Guías de diseño SLC – modernos (revisado, 2008) 1. WD, HD, ancho y altura de punto de extracción determinado por equipos 2. Hs, determinado por altura de perforación 3. SD = 2,4 WD (Hs > 15 m) 4. Burden

B  2 Rd Pe,exp Rd  20 rh Pe, Anfo

Ref. Hustrulid y Kvapil (2008)

2.65

 roca

Guías de diseño SLC – modernos (revisado, 2008) 4. Espaciamiento entre disparos radiales

ST  1.3B 5. Espaciamiento entre disparos paralelos

ST  B 6. Inclinación disparos. 70-80° hacia el caving

Ejemplo • Determine los parametros de diseño de SLC con los siguientes datos: – D = 115 mm – Equipo LHD 13 yd3 – Explosivo: Emulsión (Pe,expl=3900 MPa)

Ejercicio – cálculo parámetros de diseño SLC Diametro perforación Ancho galería WD Altura galería HD

115 mm 7m 5m

Explosivo Presión explosivo Densidad de roca

3900 Mpa 4.6 ton/m3

Intervalo subniveles Hs

25 m

Espaciamiento

Hs

17 m

Burden

B Rd/rh Rd B

23.69988993 1.4 metros 2.73

Espaciamiento entre tiros (radiales) e

3.5

metros

3.0

metros

Espaciamiento entre tiros (paralelos) e Inclinación alpha

80°

Longitudinal o trasversal? SLC Transversal

SLC Longitudinal

-Produce mas puntos de extracción -Slot corta los esfuerzos inducidos -Relajación puede provocar inestabilidad estructural. - Más desarrollo en estéril

-Menos puntos de extracción -Desarrollos en mineral -Esfuerzos perpendiculares a pilares -Estructuras confinadas -Menos productivo -Mayores requerimientos de ventilación

SLC - Transversal versus longitudinal SLOT Desarrollos en esteril Frente amplio

SLOT

Frente angosto

Slots 1. Slot individual con chimenea al final de cada galería de extracción

Chimenea

2. Continuo con una chimenea a un extremo en un desarrollo perpendicular

Chimenea

Slots 3. Quemar hacia la galería de producción

4. Quemar hacia una galería perpendicular

Guía de buenas prácticas operacionales en SLC • Desarrollos • Soporte: El objetivo del soporte es mantener la forma de las viseras, mantener collares estables, reducir back break, y producir condiciones de carguío seguras. – Soporte sistemático: Split set y malla – Soporte estructural: pernos lechados con planchuelas resistentes – Cables en pilares

Guía de buenas prácticas SLC • Tronadura producción, el objetivo de la tronadura es arrancar el mineral, compactar el esteril, previniendo tiros quedados y creando buena fragmentación que se traduzca en interacción y alta productividad.

Método de extracción

LHD de poca capacidad

LHD de gran capacidad

Riesgos operacionales •

Daño en viseras – – –

•

Pilares –

•

•

Dificultad en quebrar el mineral en altura, produce que el esteril fluya alrededor

Paredes –

• •

Estabilidad de pilares por abutment, estructuras

Puentes –

•

Cuñas Back break, falla por esfuerzos provoca corte de tiros

Sobre consolidación de esteril

Congelamiento de tiros Pilares entre zonas de extracción, pilar no quemado en los bordes Sobretamaño, debido a desviación de tiros

Riesgos operacionales • Cuñas • Colgaduras (caving) • Slot incompletos • Perdida de tiros – Corte de tiros – Cierre de tiros

Recuperación y dilución en SLC

Dilución en SLC convencional

Mecanismo de mezcla en SLC

Fuentes de dilución en SLC

Dilución observado en SLC modernos Pulsación de esteril debido a diferentes porcentajes de volumen disponible

% de esteril puntual mina Kiruna 80% recuperación 20% dilución

SLC- Benchmark

Minas en estudio Mina

Dueño

Ubicación

Metal

Producción diaria

Kiruna

LKAB

Suecia

Hierro

76,000

Malmbergert

LKAB

Suecia

Hierro

45,000

Perseverance

BHP

Australia

Niquel

5,000

Ridgeway

Newcrest Australia

Oro/Cobre 16,500

Stobie

Inco

Niquel

Cánada

5,000

Bench mark SLC Parámetro Diseño Espaciamiento entre galerías Espaciamiento entre subniveles Ancho Pilar Ancho galeria Altura galería

m m m m m

Stobie 17 31 18

Ridgeway 14 30 14

Perseverance 15 25 15 5

Malmbergert 22 28 22.5

Kiruna 24.75 28 25 7

Inclinación rings Angulo shoulders

° °

70 45

80 65

75 30

80 68

80 72

Explosivo por disparo Factor de carga Densidad emulsión

ton Kg/t g/cc

2 0.75 1.25

1.1 0.4 1.1

1.25 0.4 1

2.5 0.25 1.2

3.0 0.25 1.2

Producción diaria Disponibilidad puntos extracción Productibilidad relativa (ton/dp/día) Recuperación ley Entrada dilución Fortificación

ktpd número

5,000 25 200 65

16,500 41 402 90

5,000 12 417 81

45,000 65 692 75

76,000 86 884 75

% %

20 2.2 - 15 pernos/metro

Estudio de caso Pruebas SLC en terreno

Trial design-Ridgeway Mine •

•

•

Marker design – Steel pipe, 300mm lengths, 40mm Ф – Filled with grout to simulate rock density – Individual marker IDs welded on markers – Redcaps and Spiders used to hold markers up hole Marker Installation – Installed using explosives charging truck – Grouted into the hole to ensure position is maintained – Approx. 300 markers in a monitored ring Marker Recovery – From magnets on ore handling level – Tests with markers placed into ore passes show 100% recovery of drawn markers

Ring designs •

Blast Rings – 7 hole pattern – Emulsion 1.1 density – Holes double primed – Pre-charging system used – 25m sublevel spacing – 6m wide drives – 14m XC spacing

•

Marker Rings – 2 – 3 marker fans per burden – Markers spaced at 1m intervals down hole – Holes offset in successive marker fans

Assessment Modeled in 3D to assess – volume recovered for 20% increments of primary draw – Volume back break – Width of draw – Depth of draw – Estimated time and location of dilution entry – Secondary recovery – Tertiary recovery

Back-break recovered previous ring blast Primary recovery from blasted ring

Secondary recovery from level below

Typical primary recovery results • • • •

•

•

Average width of draw 11-12m No interaction between adjacent rings Depth of draw variable with height Draw proceeds up front of ring and deepens Flow cyclic and variable in individual rings – not the same as in physical models Average Primary recovery 60% at 120% draw – consistent across many rings tested