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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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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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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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¿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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52
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 (%)
