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OPTIMIZACION DE SUB LEVEL CAVING EN MINAS PERUANAS-AVANCE

Universidad Nacional de Inenier!a Esc"ela de In# Minas METODOS DE E$PLOTACION SUBTERRANEA Docen%e& In# 'rancisco Gri(aldo Z#

Resumen

El presente trabajo estará abocado a la investigación para la “optimización” del método de explotación Sublevel Caving  en  en minas del Perú, para lo cual tomaremos en cuenta los casos de aplicación del método en minas del Perú y minas alrededor del mundo para poder tener una mayor visión de los resultados obtenidos en la explotación del mineral, como también las limitaciones y beneicios para este tipo de explotación! En la primera parte del trabajo analizaremos los undamentos del método de "ublevel #aving, el tipo de labores $ue se debe tener, consideraciones para el uso de peroración y voladura, caracter%sticas del yacimiento a explotar, caracter%sticas de la roca encajonante, consideraciones importantes para el elipsoide de extracción y el orden adecuado en las operaciones para la realización del método! &ado $ue este método de explotación subterránea no está presente en el Perú, analizaremos el caso de una mina en el extranjero, lo cual nos permitirá observar $ue actores 'an permitido $ue se desarrolle adecuadamente el método, la tecnolog%a necesaria para aplicarlo, limitaciones para el desarrollo del método y conclusiones acerca de la actibilidad para la explotación! (n punto importante en nuestra investigación es el análisis de la unidad minera “)osaura” $ue opero bajo el método de explotación "ublevel #aving 'asta antes de su cierre, nos avocaremos a analizar el desarrollo del método para esta unidad minera, las diicultades $ue se encontraron, medidas necesarias para optimizar el método y conclusiones generales! *inalmente como parte de nuestra investigación analizaremos la actibilidad de este método para la unidad minera “#erro de Pasco” perteneciente a la compa+%a compa+ %a olcán, as% aplicaremos los conceptos aprendidos durante nuestra esta investigación y observaremos como analizar la actibilidad del "ublevel #aving para una unidad minera en el Perú!

OBJETIVOS

      

 -nalizar la actibilidad del "ub level #aving en el Perú Estudiar los motivos por los $ue este método de explotación no está presente en Perú  -nalizar las dimensiones ideales de un yacimiento para la aplicación del método Establecer las caracter%sticas $ue deber%a tener la roca encajonante  -nalizar las ventajas y desventajas del método Estudiar los actores a tener en cuenta para la optimización del "ub level #aving  -nalizar la aplicación del "ublevel #aving en dierentes unidades mineras alrededor del mundo

METODO DE EXPLOTACIÓN POR SUB NIVELES

Inicios del método:

El método "ub .evel #aving nació originalmente como un método aplicable a roca incompetente $ue colapsaba inmediatamente después de retirar la ortiicación! "e constru%an galer%as uertemente sostenidas a través del cuerpo mineralizado, se retiraba la ortiicación y el mineral 'und%a espontáneamente para luego ser transportado uera de la mina! #uando la dilución llegaba a un punto excesivo, se retiraba otra corrida de ortiicación y se repet%a el proceso! Este método ten%a alta dilución y poca recuperación, pero ue el único aplicable a ese tipo de roca en esos tiempos dada la tecnolog%a involucrada! En épocas recientes, el método 'a sido adaptado a roca de mayor competencia $ue re$uiere peroración y voladura! Evidentemente dejó de tratarse de un método de 'undimiento en reerencia al mineral, pero el nombre original 'a perdurado! Consideraciones del diseño:

En el método "ub .evel #aving se desarrollan galer%as paralelas separadas generalmente de / a 01 m! en la 'orizontal, conocidas como galer%as de producción 2llamadas comúnmente también cruzados de producción 3P4! .os subniveles se ubican a través del cuerpo mineralizado en intervalos verticales $ue var%an, en la mayor%a de los casos, de 5 a 06 m! .a explotación $ueda de este modo dise+ada según una coniguración geométrica simétrica! 7eneralmente, el acceso a los subniveles es por medio de rampas comunicadoras! .os subniveles están comunicados además por medio de pi$ues detrás pasos con un nivel de transporte principal $ue generalmente se ubica bajo la base del cuerpo mineralizado! .as galer%as de producción correspondientes a un mismo subnivel se conectan en uno de los extremos por una galer%a de separación o slot y en el otro extremo una galer%a de comunicación, en esta última, sé en encuentran los pi$ues de traspaso! El método "ub .evel #aving se aplica generalmente en cuerpos sub verticales como vetas, brec'as y di$ues! 8ambién puede ser aplicado en cuerpos 'orizontales o sub 'orizontales $ue sean de gran potencia! .a coniguración de los subniveles se puede adecuar a los distintos cuerpos y a ormas irregulares9 se distinguen dos coniguraciones principales: en cuerpos anc'os se usa una coniguración transversal9 cuando el cuerpo es angosto esta coniguración es impracticable, por lo $ue las galer%as deben girarse en la dirección del cuerpo adoptando una coniguración longitudinal!

OPERACIÓN DEL METODO

La operación consiste básicamente en la perforación de tiros en abanico desde los subniveles hacia arriba, atravesando el pilar superior, la posterior voladura de las perforaciones, el carguío y transporte secundario del mineral volado hasta los piques de traspaso y su posterior transporte desde los echaderos de descarga del nivel de transporte principal hacia su lugar de destino.

 -l comienzo de la explotación, se debe producir el 'undimiento desde el nivel superior, este se consigue generando un área de radio 'idráulico superior al $ue resiste la roca o induciendo el 'undimiento por medio de explosivos! Para conseguir un radio 'idráulico adecuado, se puede construir el subnivel superior similar al método de #aserones y Pilares y posteriormente extraer los pilares!  - medida $ue se extrae el mineral, el estéril adyacente 'unde, rellenando el espacio creado y llegando a producir subsidencia en la supericie! &e esta orma, el mineral in situ se ve rodeado por tres caras de material 'undido 2cara, rente y costado4! El lujo másico parcial 2;4, tiene contacto con el plano vertical de la rente del subnivel, mientras $ue la zona restante del elipsoide 2-4 tiene un lujo gravitacional normal!  -l producirse la extracción en los rentes de las galer%as de producción, se produce el escurrimiento del mineral y del material $uebrado9 este escurrimiento se comporta según lo $ue se conoce como lujo de material grueso! .a extracción desde un rente de galer%a de producción, llamado también punto de extracción, continua 'asta $ue ingresa estéril en una cantidad tal $ue la ley extra%da ya no es económica, en este momento, se dispara la corrida de abanico contigua y se repite el proceso! .a producción en este método proviene, tanto de los rentes de extracción, como de las labores de desarrollo realizadas en mineral9 generalmente, entre un 01 a un de la producción proviene del desarrollo de nuevos subniveles!

Elipsoide de extracción

"e 'a podido demostrar $ue el ingreso de estéril va en aumento a medida $ue progresa la extracción y aparece generalmente luego de extraer un 1=> del tonelaje total volado, sin embargo, existen numerosos actores $ue pueden apresurar o retardar su aparición! Para un buen control de la dilución se re$uieren viseras uertes y una buena ragmentación! .a visera es la es$uina ormada por el extremo superior de las galer%as de producción y el rente de éstas, entonces, para tener estas condiciones el mineral debe ser lo suicientemente competente como para autosoportarse sin? excesiva ortiicación y debe permitir la peroración y voladura de tiros de más de 01 m! de largo, para generar as% viseras resistentes! El estéril o roca de caja debe ser lo sucientemente incompetente como para quebrarse espontáneamente y hundir. !ara conseguir una menor dilución es aconsejable que el estéril quiebre con una fragmentación mayor que la del mineral volado.

Fundamentos de diseño: Flujo gravitacional y Elisoide de e!tracci"n

.a principal interrogante en el dise+o de un "ub .evel #aving es la determinación de la geometr%a, la cual debe satisacer tanto como sea posible los parámetros de lujo gravitacional! Esto signiica determinar el anc'o y el espesor del elipsoide de extracción para una cierta altura de extracción! @aturalmente estos parámetros pueden ser determinados por pruebas in situ, pero generalmente los datos no están disponibles a tiempo para el dise+o! Aasta a'ora, ningún método impl%cito para cálculos de ingenier%a 'a estado disponible, esto debido a la 'eterogeneidad del material y a la complejidad de los actores envueltos en el lujo gravitacional! &e acuerdo al principio de lujo gravitacional, la extracción del material $uebrado por un punto genera sobre él, un volumen en movimiento en orma de elipsoide de revolución! Este elipsoide de altura ' y anc'o B, crece en dimensiones a medida $ue la extracción aumenta, manteniendo una relación de excentricidad prácticamente constante, e igual a:

√ a − b  E= 2

2

a

#on a y b semiejes mayor y menor, respectivamente! En rigor la excentricidad aumenta con la altura! .a excentricidad 2E4 var%a de acuerdo al tipo de material 2granulometr%a, viscosidad, 'umedad, etc!4! Este elipsoide se denomina CElipsoide de &esprendimientoC! En el instante inicial, el mineral se encuentra dispuesto sin contaminación y estéril sobre él! -D inicio de la extracción comienzan a moverse las distintas capas permitiendo la salida del mineral, en tanto $ue el estéril desciende sobre él! .as dimensiones de éste elipsoide determinan, en principio, la geometr%a y disposición de los puntos de extracción 2subniveles4! tras caracter%sticas del comportamiento del lujo gravitacional de part%culas o ragmentos, tienen relación con la velocidad de escurrimiento o relajación son:    

Part%culas más inas y redondeadas, luyen más rápidamente! Part%culas más gruesas y angulosas, luyen más lentamente! Part%culas más inas conorman elipsoides más esbeltos! Part%culas más gruesas y angulares conorman elipsoides más anc'os

Por lo tanto, si existe una disposición de ragmentos cuya parte superior es de part%culas gruesas y angulosas y en su parte inerior part%culas inas y redondeadas, entonces, la parte inerior luirá más rápidarnente, es decir, con mayor movilidad $ue la parte superior y viceversa! En el caso del anc'o del elipsoide, se necesitaron puntos más distanciados si los ragmentos son gruesos y más juntos si son más inos!

Pinci!ios del "#$o %&'it&cion&l El "lujo #ravitacional de partículas se dene como$ %El &ujo de material fragmentado no cohesivo a través de un punto de e'tracción afectado por la fuer(a de gravedad). El &ujo gravitacional se caracteri(a por el movimiento

de partículas dentro de un alargado elipsoide de revolución. El &ujo gravitacional de partículas describe un movimiento donde además del despla(amiento vertical hay una rotación *movimiento secundario+. Los principales estudios sobre &ujo gravitacionales han hecho para ub Level -aving.

Teo(&s de )l#$o *&'it&cion&l o o o o

 eoría  eoría  eoría  eoría

de /ichardson. de 0ro1n y 2a13sley. de 4anelid y 5vapil. de Laubscher.

El &ujo gravitacional se puede demostrar de una manera sencilla, a través de un recipiente transparente relleno con capas hori(ontales de arena blanca y negra *5vapil+. !ara la simulación del &ujo gravimétrico se usó el modelo más sencillo. Este es un silo con el eje de la apertura de e'tracción debajo. La apertura de e'tracción en el modelo tiene las mínimas dimensiones que permitan el &ujo continuo de material *gura 6+.

Figura 2.

Figura 3.

-omo se puede apreciar en la gura 7 la inclinación de la parte inferior no tiene in&uencia en el &ujo gravimétrico. En la gura 8 se puede apreciar una fase de e'tracción más avan(ada en donde la de&e'ión de las capas hori(ontales indica la (ona activa y las (onas con las capas inalteradas son las llamadas (onas pasivas. i unimos los límites de (ona activa, se observa una forma muy parecida a una elipse, que si la vemos en el espacio sería un elipsoide de revolución. La forma elíptica se introduce como una simplicación para un mejor análisis matemático. 9espués de la e'tracción de cierto volumen, el material remanente reempla(a ésta pérdida por su desprendimiento, formando un elipsoide de

desprendimiento, e'istiendo así una relación entre el volumen de material e'traído y el elipsoide de desprendimiento. :l ir sacando material El tama;o y la forma de este elipsoide se incrementa con el volumen de material. 9ependiendo de las propiedades del material este elipsoide desprendimiento puede tener entre ?E L:0M/E 9E !/E!:/:-M?, -himeneas, coladeros, rampas y frentes de e'plotación.

eguidamente, la unidad minera /M:G/: tuvo que reali(ar una secuencia de minado, el cual se tomaron en cuenta los siguientes objetivos$ • • •

>inimi(ar los riesgos a los recursos empleados >antener mineral preparado. >antener una distribución de leyes promedio

Im&%en n2; Nista en sección del avancé del minado, desarrollo del método L- en los niveles 7OC@, 7OB@, 7OO@,8@?:9M, se reali(a de ?P a E de caja piso a caja techo.

: continuación, observaremos las funciones del sostenimiento en la G?9:9 >?E/: /M:G/: en función del >étodo ub Level -aving$ •

•

•

ostenimiento preventivo, para proteger al personal y a los equipos$ F plit sets y malla ostenimiento estructural, para mantener adecuadas condiciones de estabilidad$ F -ombinación de pernos cementados con platinas agrandadas Q straps o malla, o shotcrete con bras de acero -asos especiales, en rocas e'pansivas *%s1elling roc3)+ y de alta deformabilidad *%squee(ing roc3)+ y presencia de agua$ F ostenimiento severo, principalmente con cimbras.

La unidad minera /M:G/: conto con información valiosa de su Litología y #eomecánica, para el cual se dise;ó el siguiente gráco$

Im&%en n2< LMLM#: R #EM>E-:?-: E? E--M? /:?NE/:L, Esto ayuda a reali(ar el adecuado sostenimiento dependiendo del maci(o rocoso en la que trabajamos/ En donde se observa a la mina /osaura seccionada en varios tipos de maci(os rocosos$ :,0,-,9 y E y la in&uencia que tiene sobre el desarrollo de la mina.

Im&%en n2= MM?M/EM 9E L: G09E?-:, -ontrol topográco con estación M!E? !

-M?/ML 9E E:0L9:9 9E :LG9E G!E/"-E *!to de -ontrol N+

En los gracos siguientes podremos observar, los despla(amientos y el control de estabilidad que in&uyen mucho en el planeamiento de la mina. Im&%en n25 9espla(amientos hori(ontal y vertical :demás de ello, debemos tomar en cuenta que la aplicación de este método trae consigo también algunas desventajas$