Informe Metodos de Explotacion Definitivooo Con Conclusion (1)

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento Ingeniería en minas

“Sistemas de explotación Vertical Crater Retreat y Glory Hole”

Cátedra: Métodos de Explotación Profesor: Bernardo Reyes Ayudante: Juan Pablo Vergara Integrantes: Edgar Retamal Camilo Bustamante Fecha de Entrega: 22 de Junio de 2014

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RESUMEN EJECUTIVO Se estudian dos sistemas de explotación. El sistema Glory Hole que es una combinación entre mina a cielo abierto y cerrado la cual se explota con técnicas similares a las de un rajo abierto, y el método subterráneo Vertical Cráter Retreat o VCR Stoping, derivado del Sublevel Stoping pero con distintas técnicas de explotación. Se analizan los sistemas mencionados, con objetivo de identificar las situaciones en que es factible y rentable aplicar ambos métodos.

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INDICE DE CONTENIDOS INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 5 Generales ........................................................................................................................................ 5 Específicos ....................................................................................................................................... 5 ALCANCES ............................................................................................................................................ 5 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................. 6 GENERALIDADES.............................................................................................................................. 6 RESEÑA HISTÓRICA.......................................................................................................................... 8 SISTEMA DE EXPLOTACIÓN GLORY HOLE ............................................................................................ 9 DESCRIPCION DEL METODO ............................................................................................................ 9 CAMPO DE APLICACIÓN .................................................................................................................. 9 PREPARACION ............................................................................................................................... 10 EXPLOTACION ................................................................................................................................ 10 VENTAJAS Y DESVENTAJAS ............................................................................................................ 11 EQUIPOS UTILIZADOS .................................................................................................................... 11 SISTEMA DE EXPLOTACION VERTICAL CRATER RETREAT (VCR) ........................................................ 12 DESCRIPCION DEL METODO .......................................................................................................... 12 CAMPO DE APLICACIÓN ................................................................................................................ 13 PREPARACION Y DESARROLLO ...................................................................................................... 13 EXPLOTACION ................................................................................................................................ 14 Carga de barrenos ..................................................................................................................... 16 Tronadura .................................................................................................................................. 16 VENTAJAS Y DESVENTAJAS ............................................................................................................ 17 MAQUINAS UTILIZADAS ................................................................................................................ 17 CONSIDERACIONES............................................................................................................................ 18 CONCLUSIONES Y COMENTARIOS ..................................................................................................... 19 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................... 20 ANEXOS ............................................................................................................................................. 21

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INTRODUCCIÓN En este estudio se analizarán dos métodos de explotación. El primero llamado “Glory Hole” que consiste en una mezcla entre una explotación a cielo abierto y labores subterráneas para el movimiento de material por efecto de la gravedad hacia niveles inferiores, por medio de piques de traspaso y galerías. Este método es muy antiguo, se aplica poco en la actualidad debido a los bajos niveles de producción, lo que lo hace poco rentable en comparación con los nuevos sistemas de explotación. El segundo método llamado Vertical Cráter Retreat (VCR), ha sido reconocido entre los desarrollos tecnológicos más importantes en la minería debido a la incorporación de taladros con mayores diámetros, lo que reduce los costos de perforación y voladura, y hace que se puedan realizar grandes disparos con alta producción de mineral, lo que es una de las grandes ventajas que se tiene del método VCR al momento de escoger el mejor sistema para explotar una mina. Un factor importante en este método es la gravedad, debido a que el material se disipa por efecto de ésta desde un nivel superior a un nivel inferior en el que se transporta el mineral hacia afuera de la mina. Este método se comienza a utilizar en los años 80 en Canadá en un proyecto de prueba realizado debido a los altos costos y bajo nivel de producción en la época. Posterior a su exitoso funcionamiento de prueba, países como Australia, Estados Unidos y Perú comenzaron a incorporarlo en sus proyectos mineros.

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OBJETIVOS Generales  Estudiar los métodos de explotación “Glory Hole” y “Vertical Cráter Retreat”  Facilitar la comprensión de la metodología de explotación de minas

Específicos  Determinar las características de ambos métodos estudiados y sus principales ventajas y desventajas  Identificar situaciones en las que sea una buena opción utilizar los métodos estudiados para la explotación  Conocer una representación del diseño de ambos métodos con ayuda del programa AutoCAD

ALCANCES  Es un informe de investigación teórico  Es necesario que el lector tenga conocimientos previos de minería  Los esquemas presentados de los métodos de explotación, solo son una representación idealizada de su ejecución

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MARCO TEÓRICO En este practico, se abordaran los sistemas de explotación “Glory Hole” y “Vertical Cráter Retreat (VCR)”. Sin embargo a continuación se presentaran aspectos generales que influyen al momento de utilizar los métodos a exponer. Y se compararan dentro de una clasificación general con los principales métodos.

GENERALIDADES En la minería se busca determinar el método de extracción del mineral que sea más rentable económicamente; esta elección está relacionada con diversos factores, tales como:  Geometría del depósito mineral y roca de caja. Se pueden encontrar yacimientos tabulares, clasificados en vetas y mantos según el ángulo de inclinación. También yacimientos masivos, los cuales son grandes volúmenes de forma irregular.  Características físicas de la mena y mineral  Ley de corte económica, que es la ley mínima de mineral que hace conveniente la extracción y proceso de la mena  Distribución de los minerales y del modelo mineralógico  Profundidad del yacimiento  Recuperación metalúrgica del mineral, esperando que alcance mínimo un 90% para que sea rentable  Dilución que sufre el mineral con estéril La gran mayoría de los factores mencionados se estudian en una etapa de exploración de la mina, generalmente mediante sondajes con recuperación de testigos y/o polvo de detritus. Posterior a la etapa de exploración, decidiendo que método utilizar para explotar la mina; comienza la fase de desarrollo minero que consiste principalmente en realizar labores de acceso para conectar el interior de la mina con el exterior, por ejemplo a través de rampas. Luego se debe preparar la mina, es aquí donde se generan las labores necesarias para sacar el mineral según una planificación estimada. Al finalizar la preparación se aplica el método correspondiente y el proyecto comienza en producción. Finalmente el mineral es procesado. METODOS DE EXPLOTACIÓN

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Clasificación sistemas de explotación Los sistemas pueden ser a cielo abierto o subterráneos. En el caso de cielo abierto se tiene la explotación por rajo abierto, y entre estos también Glory Hole que es una combinación entre sistema abierto y cerrado. Por otro lado se tienen los métodos cerrados, en los que se por lo general se requieren más labores de preparación y desarrollo; lo que entre otros factores implican mas costos de producción.

A continuación se presenta un esquema en el que se muestra la clasificación de los sistemas de explotación subterránea:

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SISTEMAS DE EXPLOTACION GLORY HOLE Y VERTICAL CRATER RETREAT En minería, el factor más relevante es optimizar los costos de producción, a continuación se presenta una tabla con el objetivo de comparar los costos de los más relevantes sistemas de explotación subterráneos: Método de Explotación Block Caving Room & Pillars Sublevel Stoping Sublevel Caving Long Wall VCR Stoping Shrinkage Stoping Cut & Fill

Costo Relativo1 1,0 1,2 1,3 1,5 1,7 2,0 5,0 6,0

Rango Costo (USD/t) 3,5-12 10-20 20-25 15-25 20-30 20-30 30-60 35-70

RESEÑA HISTÓRICA El método Glory Hole es muy antiguo, se dice que se remonta a los años 40, la minería en aquella época usaba poca mecanización y tecnología en la explotación. Es por esto que en la actualidad por lo general no es rentable utilizar este método El método VCR tuvo sus orígenes en Canadá, en el año 1978, fue aplicado debido a los progresos tecnológicos tanto en perforación como en técnicas de tronadura. El sistema VCR fue estudiado debido a los altos costos y baja producción en el minado de bloques de mineral y recuperación de pilares. Se diseña este método que combina las ventajas de los métodos masivos con las ventajas del control del relleno de los métodos con relleno. Desde el año 1980 la aplicación de este método se extendió por las principales minas de Canadá, USA y Australia. Esto tras ser exitoso en Canadá, en donde se hicieron pruebas en una mina obteniendo una producción de 3000 t/diarias en tres tajeos. Para el minado de las vetas de cobre; actualmente algunas compañías mineras están estudiando la posibilidad de aplicarlo, ya que tienen cuerpos con las condiciones apropiadas que son explotados por shrinkage, subniveles, corte y relleno, etc.

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Costo relativo: Relación entre el costo en dinero de un bien y el nivel general de costos.

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SISTEMA DE EXPLOTACIÓN GLORY HOLE DESCRIPCION DEL METODO El método Glory Hole implica una excavación a cielo abierto, con labores subterráneas. A partir de la excavación, el mineral es removido por gravedad a través de uno o más contrapozos comunicados a nivel de acarreo (o transporte) subterráneo (figura 1). El sistema consta principalmente de un pique central por el cual cae el material tronado por gravedad hasta llegar a una galería inferior y desde esta extraerlo de la mina. El objetivo de este método es ir haciendo en la superficie el cráter principal alrededor del pique de traspaso (pique central), para que así el material caiga directamente por éste. Por lo tanto la explotación es en rebaje.

Figura 1 Método Glory Hole

CAMPO DE APLICACIÓN El método de Glory Hole es aplicable a yacimientos masivos de pequeñas dimensiones, además de algunas vetas angostas con ángulos de buzamiento muy pronunciados. El depósito debe tener roca de caja competente, para que así éste no tenga tendencia a empaquetarse en las obras de extracción. Debido a lo anterior se requiere poca fortificación. Esta “explotación combinada” se aplica también a yacimientos que se encuentran aflorando en zonas cuya topografía presenta relieves muy pronunciados (cerros casi verticales).En éstos, el acceso al yacimiento por métodos de superficie es muy difícil, por lo que se acude a Glory Hole que utiliza para ello pozos y galerías.

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PREPARACION Se realiza un pique central o de traspaso que atraviese la zona mineralizada del depósito a partir del cual caerá el mineral por gravedad llegando a una galería inferior que se debe realizar de forma horizontal a través de la cual se tendrá acceso a la mina y será cargado el material hasta un equipo de transporte afuera de la mina. Además se pueden realizar labores intermedias para un mejor manejo del material. Según el nivel de producción de la mina se realizara la galería inferior, y según esto se decidirá que maquinaria de carguío de material se utilizará.

EXPLOTACION  Explotación sencilla, se realiza igual como se haría una a rajo abierto.  La unidad de explotación se explota en rebaje, es decir de arriba hacia abajo.  A través del pique de traspaso, cae el material por efecto de la gravedad hacia el nivel inferior de transporte.  Los materiales se dejan caer desde niveles superiores por el pique de traspaso.  El punto de partida o central del rajo debe ser el pique de traspaso.  Por medio del ensanchamiento del rajo, se procede a explotar con perforación y tronadura.  Luego el material en el nivel inferior es transportado por cintas transportadoras (antiguamente por pequeños ferrocarriles).  La altura del banco generalmente oscila entre los 1,5 y 2 metros.

Figura 2: Sistema combinado Glory Hole

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS    

Costos de extracción bajos Costos de fortificación, casi nulos La gravedad favorece el trabajo con explosivo No requiere obras ni trabajos de preparación engorrosos, siendo éstos relativamente rápidos  Utiliza ventilación natural  Baja inversión inicial DESVENTAJAS     

El rendimiento de extracción es bajo, por lo que requiere de leyes altas No hay selectividad del material en los rebajes (dilución 20%) La recuperación metalúrgica bordea el 80% El coeficiente de seguridad es bajo La ventilación se va haciendo más difícil a medida que el espacio vacío se torna más grande  Método poco mecanizado

EQUIPOS UTILIZADOS Los trabajos mecanizados se realizan generalmente fuera de la mina, a través de camiones que transportan el material a la planta metalúrgica. Dentro de la mina se realizan en general perforaciones con maquinas manuales del tipo OTH, como la jacklegs. Antiguamente se utilizaban pequeños ferrocarriles para cargar el mineral una vez explotado; mas recientemente se incorporaron a las labores cintas transportadoras que cargan el material hasta un equipo de transporte. Para la construcción del rajo se utilizan perforadoras DTH y/o rotatorias. Para el avance de la labor subterránea se utilizan perforadoras de rotopercusión, generalmente jumbos de avance. También para los trabajos de avance se utiliza un cargador de marina, que puede ser un scoop o LHD.

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SISTEMA DE EXPLOTACION VERTICAL CRATER RETREAT (VCR) DESCRIPCION DEL METODO Es un método masivo de gran escala, consiste en realizar perforaciones en forma vertical de arriba hacia abajo, dándose una franja horizontal en cada tronadura. El material tronado cae por efecto de la gravedad desde la galería de perforación a la galería de producción, donde el material es extraído por un LHD, el cual lleva el material a un equipo de transporte. El transporte hacia el exterior de la mina se realiza a través de una rampa; por donde mismo se da el acceso a la mina. El sistema VCR está basado en la teoría de voladura de cráteres empleando cargas esféricas. Es bastante similar al sistema “Shrinkage” y esta patentado en Canadá. El mineral fracturado puede permanecer en la galería soportando las paredes de ésta. Además se suele comparar con el método Sublevel Stoping; diferenciándose en la forma de tronar, la preparación, el tipo de perforación y los tipos de tronadura.

Figura 3: Sistema VCR

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CAMPO DE APLICACIÓN    

Caserones verticales o de gran inclinación Se puede utilizar en yacimientos masivos Se aplica a rocas de mediana competencia El yacimiento debe ser de baja a mediana potencia, de tal modo que el DTH pueda perforar al menos dos hileras de taladros por sección y guardar cierta distancia de los contactos, con la roca encajonante, a fin de evitar la dilución al realizar la voladura.  El yacimiento debe tener un gran buzamiento, ya que en yacimientos verticales se tendrían buenos resultados al requerirse menor número de niveles de desarrollo Puesto que, la altura de los tajeos estaría limitada al alcance de la profundidad de perforación del equipo "Down the hole"

PREPARACION Y DESARROLLO

Nivel Base Nivel Superior

•Galeria de producción •Galeria de transporte •Puntos de extracción •Undercut

•Galeria superior •Estocadas •Plataforma de perforacion •Overcut

Se construye un nivel inferior a lo largo y ancho de la zona mineralizada, para preparar una cámara de recepción y extracción del mineral tronado. Esta labor servirá como galería de transporte del material, el cual será cargado por un LHD. Paralelo al nivel inferior en la caja piso se desarrolla sobré material estéril una galería lateral de carga y transporte, con dimensiones apropiadas que dependerán del equipo a utilizarse, generalmente conservando una separación de 10 a 20 metros. Una vez finalizada la galería lateral se comunica ésta con la cámara de recepción, a través de cruceros2 para la extracción del mineral, la distancia recomendable entre cruceros es de 15 a 20 m. También se realiza un nivel superior a lo ancho y alto de la zona mineralizada, nivel en el que se perforará con equipos DTH generalmente, para la posterior tronadura del material que se 2

Crucero: Labor minera horizontal que se realiza sobre roca estéril.

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desprenderá por gravedad hacia el nivel inferior. Es importante considerar que el nivel superior debe tener una altura apropiada para el ingreso de la maquinaria de perforación y su acomodación para el trabajo. Luego de realizadas las labores mencionadas, se perforarán taladros de nivel a nivel con una DTH con diámetros grandes, la malla de perforación está relacionada con el diámetro de taladro y la potencia de la estructura mineralizada, generalmente las mallas de tipo VCR son de 3 [m] x 3[m] ó 4 [m] x4 [m] .Se procede con la voladura en forma de rebanadas horizontales o "slides” durante el minado. Además, este sistema de explotación requiere la construcción de estocadas en la parte superior de la mina. Se construye una rampa de 5% de inclinación para el acceso al sector superior.

EXPLOTACION            

La explotación se realiza de abajo hacia arriba, es decir en realce. Perforación de tiros largos, menor a 40 metros con perforadora DTH El diámetro de la perforación oscila entre 4 y 8 pulgadas La explotación es en etapas, la primera etapa es la de explotación y la segunda etapa la de relleno de caserones Se utiliza la técnica de cargas controladas en que el largo de la carga explosiva es menor a 6 veces el diámetro de perforación. Carga esférica La técnica de voladura es muy particular en éste método, debido a que los tiros verticales se perforan todos desde el nivel de cabeza, con equipos de martillo en fondo y con un diámetro habitual de 165 mm Los disparos generan cortes de hasta 3 metros El material es extraído en la galería de producción con un LHD Tras la apertura del sistema de tolvas se introducen en los barrenos cargas de explosivo suspendidas y diseñadas para que actúen como cargas esféricas A medida que se va explotando el mineral, se van rellenando los caserones con material estéril Se realiza un control de desviación de perforación, debido a su longitud Varios puntos de extracción pueden estar en producción a la vez

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En la figura 4 se muestra un tipo de esquema de explotación en donde desde el overcut3, se perforan tiros (drill holes) en forma vertical, los cuales al ser cargados y tronados, hacen que el material caiga por gravedad hacia un nivel inferior , punto en el que se toma la carga con un LHD para comenzar a transportarla al exterior de la mina. Notar que primero se realiza la explotación del escalón primario (número uno en producción); sin embargo la perforación del escalón primario 2 ya se les ha hecho la perforación y socavación antes de comenzar la explotación.

Figura 4: VCR caserón primario

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El overcut es el nivel superior, en el que se realiza la perforación

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Carga de barrenos  Se mide la profundidad del barreno hacia arriba  Se usa tampón por el otro lado del barreno para cargar los explosivos desde abajo hacia arriba  Se carga el explosivo de hidrogel, con un cebo apropiado unido a un cordón detonante (figura 5)  El centro de gravedad de la carga debe estar bien calculado en el fondo del taladro, esto depende del diámetro y de las pruebas realizadas.  Se retaca con 2 metros de arena y grava  Se coloca el retardo cero en el centro, y los demás siguiendo el esquema hasta los hastiales y fondos.

Figura 5: Modelo de carga de barreno en Sistema VCR

Tronadura  Longitud de la tronadura es 6 veces el diámetro de la perforación, es decir se presenta una tronación controlada  Los barrenos que llegan a la excavación, tienen un diámetro de 170 mm  La voladura fragmenta el mineral a un tamaño tal, que el mismo puede ser manipulado por cargadores LHD  Una voladura que no rompa la franja completa de mineral puede significar que esa parte del mineral debe ser sacrificado  Es importante que esta fase sea desarrollada y refinada en la mina para que funcione con seguridad  Se tiene el undercut 4como cara libre

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Se le llama undercut al nivel inferior, en el cual el material es extraído.

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS  

       

Gran seguridad del personal y equipos, salvo en la última voladura en la que se rompe la corona. Con cámaras almacén se reduce la protección de los hastiales de la mineralización, ya que el propio material arrancado y esponjado actúa de sostenimiento. Como los pesos de las cargas por barreno o retardo son pequeños, los niveles de vibración generados no suelen ser altos. La fragmentación es generalmente buena. Se adapta bien a yacimientos estrechos del orden de 3 a 10 m de potencia, incluso con inclinación no muy elevadas. No se necesita perforar chimeneas de cuele. Baja dilución, alrededor del 10-15% Baja pérdida de mena 5-15%, por recuperación de pilares Alta productividad a gran escala hasta 150 t/hombre/turno Costo medio a bajo, costo relativo=2 ; con un rango de 20-30 [USD/t]

DESVENTAJAS     

Durante la carga del mineral la ventilación no es buena, debiéndose utilizar ventilación secundaria. Los daños a los hastiales son importantes, existiendo en ocasiones riesgo de hundimientos. El control de leyes resulta difícil, pues el material de cada pega se amontona sobre el de la anterior y se mezcla durante su descenso. Al finalizar la extracción puede desprenderse roca de los hastiales, lo que produce un aumento de la dilución. Reducido costo en mano de obra

MAQUINAS UTILIZADAS A diferencia del método estudiado anteriormente, éste es un sistema altamente mecanizado. Utiliza perforadoras DTH (o de similares características) para realizar tiros de grandes diámetros. Por otro lado utilizan equipos LHD para cargar el material desde los niveles inferiores hasta un camión de transporte. Para el avance de galerías se utiliza un jumbo de avance por lo general y además un cargador de marina, que puede ser un scoop o LHD. METODOS DE EXPLOTACIÓN

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CONSIDERACIONES En el caso de Glory Hole es importante considerar que debido a sus elevados costos de producción se debe tener una ley de corte económica alta. Este método además es bastante inseguro debido a que no posee soporte. Además influye considerablemente el factor climático, ya que en caso de presencia de agua en la zona se pueden producir derrumbes en la faena, lo que podría provocar un bloqueo del pique de traspaso, cosa que afectaría directamente en la seguridad de los trabajadores. Es por esto que en caso de presencia de agua se debe paralizar la producción por el tiempo que sea necesario, lo que en minería se considera grave. Por otro lado en el Sistema VCR Stoping, al momento de decidir éste método para explotar, se deben considerar las características operacionales del equipo DTH (o de similares características), por lo que el yacimiento debe presentar un gran buzamiento. Además este sistema es altamente mecanizado, por lo que se necesita poca mano de obra para su ejecución. Por último, al momento de cargar los tiros, se debe poner una cuerda con una cruz al fondo para poner el taco inferior y así cargar los barrenos de abajo hacia arriba.

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CONCLUSIONES Y COMENTARIOS El sistema Glory Hole, en estos tiempos no sale rentable utilizarlo en casi ninguna de las situaciones, debido a que existen diversos tipos de sistemas subterráneos contemporáneos que pueden reemplazar a este sistema considerando menos inversiones iniciales y costos totales de producción, debido a que son mucho mas mecanizados. Como se menciono anteriormente, en el caso de que haya presencia de agua en la zona, existen riesgos en seguridad lo que implica detener las labores parcialmente y por un tiempo indefinido, lo que implica elevadas perdidas debido a posibles multas por retraso en la producción.

Bajo las condiciones optimas en cuanto al campo de aplicación, el método VCR Stoping es muy factible utilizarlo en caso de que se presenten depósitos masivos en los que se encuentra mineral con leyes de corte considerables, y no sea posible una explotación con Sublevel Stoping. A pesar que en los métodos de subniveles es el mas caro; es útil al momento de darse situaciones complejas , debido a que posee buena seguridad al ser mayormente mecanizado, y al no dejar caserones vacios una vez realizada la explotación. PODRIAS EXPLICAR PORQUE ES MEJOR O PEOR UTILIZAR EL METODO VCR EN COMPARACION AL METODO SHRINKAGE

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BIBLIOGRAFIA    

“Curso Diseño de Minas Subterráneas” , Enrique Rubio, Universidad de Chile, 2009 “Curso: Métodos de Explotación”, Bernardo Reyes, Universidad de Santiago de Chile, 2005 Material de clases, profesor Bernardo Reyes “Manual para la selección de métodos de explotación de minas”, Victor Manuel López Aburto, Universidad Nacional Autónoma de México  www.codelcoeduca.cl  “Definición de tipos de costos” ; http://fundamentos-analisis-economico.wikispaces.com

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