Metodos de Explotación Superficial_5

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PLANIFICACION Y DISEÑO  DE MINAS A RAJO ABIERTO Ph D. Tadeusz S. Golosinski Consultor Intercade

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RAJO ABIERTO

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EXPERIENCIA  Dr. Tadeus(z) S. Golosinski  Filosofía: «Ustedes están aquí para aprender; su profesor está  para facilitar su propio aprendizaje».  Proverbio chino: «Puedes llevar tu caballo al agua, pero no lo  puedes obligar a beber».

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EXPERIENCIA EN EL SECTOR MINERO

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Antecedentes académicos •

Universidad de Alberta (Canadá) Universidad de Alberta (Canadá)

•

Western Australian School of Mines (Australia)

•

Universidad de Missouri‐Rolla (EE.UU.)

Carrera industrial • Superintendente General, Ing. de Mina, El Cerrejón  (Colombia) • Principal Ingeniero Minero, Fluor Daniels (EE.UU.) • Ingeniero Senior: Suncor and SCL (Canadá) 

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Shaft: «Excavación vertical o inclinada ejecutada en la roca, que tiene como finalidad permitir el acceso a un yacimiento o conectar l niveles los i l de d explotación…». l ió Pozo de mina  Ch, Pe: Pique  Mx: Tiro de la mina  Co: Clavada, chimenea Co: Clavada chimenea  Es: Pozo

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

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SOCIEDAD DE ING. DE MINAS  ESTADOUNIDENSE 

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 www.smenet.org t  Socios‐Membership  Librería online  Foros  Eventos • Annual General Meeting • Annual Reunion de la Societal 

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¿IDIOMA?

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INTRODUCCION

Tipos de minería

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CONTENIDO 

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Introducción: •

Conceptos básicos 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 RAJO ABIERTO Este no es el único tipo de minería de superficie existente.

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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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 Es importante conocer las propiedades del material extraído: •

Densidad in situ (de banco) 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

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La masa (peso) por unidad de volumen de material tiene como características:  Entre más denso sea el material, más peso existe en la unidad de volumen.  La densidad del material minado varía en mayor medida: • Mena de hierro in situ a 6,000 lbs/BCY o 3 t/bm3 • Carbón in situ a 1,800 LBS/BCY o 1 t/bm3 Se tiene como fuentes de información: • Medidas del terreno • Libros para estimaciones crudas

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MATERIAL ESPONJADO

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 Cuando se quiebra, el material se esponja.  El esponjamiento es el resultado de la baja densidad del material  minado (suelto). Nota: La densidad suelta es menor a la densidad in situ.  El esponjamiento depende del tipo de material y del tamaño de  este.  Los valores del esponjamiento se encuentran en: •

Medidas en terreno

•

Libros para estimaciones crudas

 Esponjamiento típico: 15% (arena) a  50% (algunas rocas).

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ANOTACIONES  Al describir el volumen de material, es necesario  especificar si es suelto o de banco (in situ).  Yardas cúbicas de material suelto (LCY)  Yardas cúbicas de banco (BCY)  Metros cúbicos de material suelto (LCM o lm3)  Metros Metros cúbicos de banco (BCM o bm cúbicos de banco (BCM o bm3)

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FACTOR DE ESPONJAMIENTO (SF)

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 Define el cambio de densidad o de volumen, cuando el quiebra o fragmenta. g material se q  Se definen de 2 formas:  Basado en el cambio de densidad por unidad de volumen: SF < 1 (EE.UU., Caterpillar)  Basado en el cambio de volumen por unidad de masa: SF>1 (Europa).

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FACTOR DE LA CARGA (CAT) Factor de esponjamiento por densidad

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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

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SF = 1/(1 + % esponjamiento) Para el 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

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SF = (1 + % esponjamiento) Para  el 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

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El volumen de descarga de una mina (LCY) es mayor que el rajo excavado (BCY):  Conocer el esponjamiento para planificar y diseñar, de manera adecuada, las zonas de descargas, botaderos, etc.  Conocer el esponjamiento para planificar y diseñar las pilas (stock piles) del material. El volumen l d l material del t i l transportado t t d es mayor que ell excavado d y ell la descarga.  Conocer el esponjamiento para estimar correctamente el tamaño de los equipos de extracción. Ph D. Tadeus S. Golosinski - Consultor Intercade

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EJEMPLO Nota final: US$1’000,000.00 = $1’000,000.00

 Si 1 millón de toneladas de mineral explota p a 2.5 t/bm3 (bcm) • ¿Cuál será el tamaño del hoyo en la tierra? 1.0/2.5 = 0.4 x 1’000,000 = 400,000 bm3

 Si se ubica en el stock pile • ¿Cuál será el volumen del stock pile? 400,000 bm3 x 1.35 = 540,000 lm3

 Si se necesita it transportarlo t t l en camiones i (l capacidad (la id d del d l camión ió es 100 cy y 150 t) • ¿Cuántos camiones se necesitará? 540,000/100 = 5,400; 1’000,000/150 t = 6,667 Nota: Los camiones son largos y deben ser modificados.

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ANGULO DE REPOSO

• La propiedad del material suelto se relaciona con su cohesión. • Define el ángulo natural de apilamiento, si el material es amontonado. • No es el ángulo de la pendiente del rajo, excepto cuando este es excavado en material suelto. • Es el ángulo de la pendiente de botaderos y pilas (stock pile).

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ANGULO DE LA RECARGA (Ángulo de reposo dinámico)

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 Menor que el ángulo de reposo  Se aplica en materiales que son movidos en camiones o en correas transportadoras.

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13 25 Fluye muy  bien 1* 5º Ángulo de la  recarga

Fluye bien 2*

Mala fluidez 3*

10º Ángulo de  la recarga

Lento 4*

25º Ángulo de  la recarga

20º Ángulo de  la recarga

30º Ángulo de  la recarga

Ángulo de reposo dinámico  5º

10º

20º

25º

30º

Ángulo de reposo 0º-19º Ángulo de reposo

20º-29º Ángulo de reposo

30º-34º Ángulo de reposo

40º a más. Ángulo de reposo

35º-39º Ángulo de reposo

Propiedades y tipos de material  TTamaño ñ uniforme, if partículas pequeñas, esféricas, seco o húmedo. Cemento, arena seca, hormigón mojado, etc.

Partículas  esféricas, secas,  peso mediano y  consistencia   granular. Frijoles,  granos,  etc.

Partículas irregulares, gruesos y mediano. Andracita, arenisca, etc.

peso

La mayoría de materiales que se encuentran en las minas. Carbón, rocas, la mayoría de menas, etc.

Partículas irregulares, agudas y fibras. Astilla de madera, arena de fundición, etc.

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FACTOR DE LLENADO  Es menos probable la carga del equipo a su capacidad  nominal: • Equipos de carguío y acarreo no combinan bien Equipos de carguío y acarreo no combinan bien • Propiedades del material: Ángulo de  reposo/sobrecarga • Fuerzas de hundimiento, fragmentación del  material y similares.  El El factor de llenado necesita ser definido para cada trabajo  factor de llenado necesita ser definido para cada trabajo y material.

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FACTORES DE LLENADO TIPICOS Material suelto Áridos húmedos mezclados. Áridos uniformes hasta de 3 mm (1/8) 3 mm‐9 mm (1/8’’‐3/8’’) 12 12 mm‐20 mm (1/2’‐3/4’’) 20 (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 y raíces Tierra vegetal, piedras y raíces Materiales cementados

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

Nota: Los factores de llenado del cucharón del cargador pueden ser afectados por la penetración, la fuerza del desprendimiento, el ángulo de inclinación hacia atrás, el perfil del cucharón y las herramientas de corte (e.g., dientes del cucharón o cuchillas impermeables reemplazables). Para obtener los factores de llenado de cucharones de las excavadoras hidráulicas, se debe revisar la carga útil de los cucharones, en la sección de excavadores. Ph D. Tadeus S. Golosinski - Consultor Intercade

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«Conoce las propiedades del material que se va a extraer»

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CONCEPTOS BASICOS DE MINERIA

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DEFINICION DE MINERALIZACION

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¿Cómo saber si existe mineralización? ¿Cómo se definen sus propiedades? 

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¿QUE ES SEGURO?

DDH1 DDH2

DDH3

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INTERPRETACION GEOLOGICA

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DIFERENCIA ENTRE CONCEPTOS BASICOS

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 Diferencias entre: • Mineral: Es el material que contiene mineralización (0.1% Cu, 0.5% Cu u otro %). • Mena: Es la mineralización que puede ser explotada con rentabilidad económica.  También existe diferencia entre: • Yacimiento: Es el lugar en el cual la explotación puede ser o no rentable. p • Mina: La explotación es rentable, económicamente.

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CONCEPTOS BASICOS:  DILUCION Y RECUPERACION

Banco de  minería

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Dilución

Banco de  minería

Mena perdida

Zona de la mena

Mena  perdida

Dilución

Dilución  y pérdida de la mena,  generado por el desajuste entre la  geometría de la mina y de la mena.

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DILUCION  Razones: Mínimo tamaño de extracción (costo vs. espacio) • Mínimo tamaño de extracción (costo vs. espacio) • Irregularidad del cuerpo mineralizado • Malas prácticas mineras • 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 l d d del d l cuerpo mineralizado l d • Estabilidad de la roca  Estimación: • Experiencia de operaciones similares  Incluir la dilución y recuperación en las estimaciones.  Mantener la comunicación con: • Geólogos G ól • Metalurgistas

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¿QUIEN ESTA EN LO CORRECTO? 

Geólogos  1000 t 1000 t  Ley 1.2% Cu

vs. 

?

Metalurgistas 

vs. Ing. de Minas 1 100 t a 0 1,100 0.9% 9% C Cu

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COMPORTAMIENTO DE LA 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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20 39

LEY PROMEDIO CU DE LA MINA VS.  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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NECESIDAD DE OPTIMIZAR  Maximizar la recuperación: • Costo de extracción • Buscar el óptimo  Minimizar la dilución: • Extracción, transporte y procesamiento de lastre.  Capacidad de los sistemas: pérdida de la  oportunidad vs. costo de extracción • Buscar el óptimo Buscar el óptimo

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21 41

Se dice que: «Se realiza la minería para ganar dinero» 

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

«No se realiza la minería, si es que no se gana dinero» 

Es un negocio

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

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CONCEPTOS BASICOS DE MINERIA Razón Estéril/Mineral (E/M)

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RAZON ESTERIL/MINERAL  Mide la profundidad relativa del depósito ¿Qué tan importante es la profundidad en minería abierta? •

Considere Chuquicamata a 1,000 m de profundidad, E/M = 0.5

•

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

 En minería a rajo abierto, el estéril tiene que ser extraído para sacar el mineral .  E/M mide la cantidad de estéril que se necesita para remover la unidad de mineral de carbón, con el fin de que sea explotada (la profundidad relativa).

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¿QUE ES LA CANTIDAD?  Los mineros del carbón miden el estéril en BCM o BCV, y el carbón en toneladas cortas (t). •

Por esta razón, en la minería del carbón, la razón estéril/mineral se mide como los BCM de estéril.

•

Otras aplicaciones: depósitos estratificados.

 Existen mineros que miden tanto el estéril, como el mineral en toneladas. Esto genera el cambio de definición de estéril/mineral. •

Así la razón estéril/mineral es la cantidad de toneladas de estéril, que se necesitan remover para obtener el mineral.

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 Las unidades que se usan difieren, dependiendo del país en que se use. En este caso, lo mismo sucede para definir la razón estéril/mineral. • Considere el carbón: BCM/(l/t)  Algunos carbones y mineral de hierro son  tranzados en toneladas largas.  Bingham Canyon considera: t/t Bingham Canyon considera: t/t  Rheinbraun considera: BCM/t

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24 47

EJERCICIO  Dando: • Densidad de la mena (in situ) de 3 t/m3 • Densidad del estéril de 3 t/m3 • Razón E/M de 3 t/t  Razón E/M: • En EE.UU: BCY/t corta]  Si la razón E/M es 7 BCM/t • En Perú: bm3/t  Se asume: estéril 2.5 t/m3 y carbón 1.0 t/m3

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MINA SUBTERRANEA MINA DE SUPERFICIE ¿Cuál es mejor y cuándo?

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25 49

¿QUE TIPO DE MINERIA?

La minería a cielo abierto es más barata ($/t)  que la minería subterránea

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50 Subterránea After Hartman

12 million tpy

150

250 Interes Subterránea Subterránea

Fortificación 100 Mantenimiento Acceso Mantenimiento Servicios Misc. Auxiliary

Inversión inicial

Index cost/ton

Interés

Index cost/ton

Costos (indice)

200

25 million tpy

Ventilación

100

Capital

150

Desarrollo 50

Superficie

Auxiliar

Superficie Acarreo

Superficie

Acarreo Carguío

25 million tpy

Carguío Voladura Voladura 0

Perforación

100

Inversión inicial

50

Perforación 0

12 million tpy Interes

Interés Inversión inicial

Inversión inicial

Equipos

Equipos

50

Equipos

Operación

Capital

Operación

Equipos 0

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MINERIA SUBTERRANEA Minería subterránea:  Equipos más pequeños (tamaño de excavaciones) i á ñ ( ñ d i ) •

Menor productividad

 Equipos más especializados •

Mayor inversión y mantención 

 Altos costos fijos •

Desarrollos y servicios

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MINERIA SUBTERRANEA  Operaciones unitarias adicionales:  • Soporte de techos, ventilación y otros.  Consideraciones de seguridad: • Comparar tasas de accidentes  Programa de producción inflexible: • Difícil de cambiar, alto costo y consume tiempo en  desarrollo.

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COSTOS RELATIVOS A LOS METODOS Hartman (1987) Minería de superficie Dragado Franjas (stripping) rajo abierto Canteras (roca de alta calidad)

Costo relativo (%)