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1
INTRODUCCIÓN A
SUBTERRÁNEAS
Prof. Víctor Encina M.
Julio 2006
Postítulo de Certificación y Valoración de Activos Mineros
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (Chile) + Queen’s University (Canadá)
TEMAS
Proceso Minero
Presentación de Métodos Subterráneos
• Autosoportados
• Hundimiento
• Temporalmente Soportados
Selección de Métodos Subterráneos
Fundamentos Científicos
• Hundibilidad
• Flujo Gravitacional
• Acondicionamiento
Tendencias
Infraestructura de minas subterráneas
2
EL PROCESO MINERO
La minería ocurre en
“reactores perecibles”
EL PROCESO MINERO
ARRANQUE
• FRACTURAR
• FRAGMENTAR
• EXTRAER
TRANSPORTE
• TRASLADAR
BENEFICIO
• SEPARAR
ARRANQUE
TRANSPORTE
$
PLANTA
MINA
SEPARAR
3
Arranque
• Cambio de naturaleza del material
• Transformar sólido in situ en pilas de
fragmentos de material sólido
Transporte
• Cambio de coordenadas
• Trasladar el material desde su ubicación
original a la Planta.
EL PROCESO MINA
ARRANQUE
MÉTODOS DE
ARRANQUE
• Tronadura
• Hundimiento
MÉTODOS DE
EXTRACCIÓN
• Gravitacional
• “Por Baldadas”
Arranque
macizo in situ
Cargar y
extraer
material
quebrado
4
TRANSPORTE
CONTINUO
• Correas
• Piques
(gravitacional)
DISCONTINUO
• FFCC
• Camiones
Stock
intermedio
Principal
En Minería Subterránea
• Los Procesos Mina se denominan: Métodos de
Explotación
• Se definen caso a caso según las características
del recurso mineral y los objetivos del negocio
Las claves de proceso son:
• Estabilidad de los recintos de trabajo
• Estabilidad del emplazamiento post explotación
• Recuperación, Selectividad y Dilución
PROCESOS MINA:
SUBTERRÁNEOS
5
PRESENTACIÓN DE MÉTODOS
DE EXPLOTACIÓN
Visión rápida de los
principales métodos de
explotación subterráneos
1 Cavidades Autosoportadas
1.1 CV Caserones Vacíos (SLOS)
1.2 C&P Caserones y Pilares (R&P)
2 Cavidades Artificialmente Soportados:
2.1 CR Caserones Rellenos (BF)
2.2 C&R Corte y Relleno (C&F)
2.3 C&R+P Corte y Relleno con Postes (C&F+PP)
3 Cavidades Temporalmente Soportadas
3.1 CR-M Caserones Rellenos de Mineral (Shrinkage)
3.2 CHF Corte y Hundimiento Forzado (LW/SW)
3.3 CHN Corte y Hundimiento Natural (LW/SW)
4 Cavidades No Soportadas (Hundidas)
4.1 HSN Hundimiento por Sub-Niveles (SLC)
4.2 HSB Hundimiento por Socavación Basal (BC/PC)
CLASIFICACIÓN DE MÉTODOS
DE EXPLOTACIÓN
6
CASERONES VACÍOS
Sub Level Open Stoping
SLOS
CONCEPTO (Olimpic Dam Mine)
7
Campo de Aplicación
Techo y cajas auto soportadas
Depósitos sub verticales
Roca Razonablemente Competente
Operación Mecanizada
LHD
8
Planificación Caserones y
Pilares
Variantes diseño caserones
Por geometría del yacimiento
• Irregularidades
• Distintos grados de dilución
Secuencia de explotación
• En el caserón
• En el sector de caserones
9
Caserón Simple
Caserón Doble
10
Ampliación Longitudinal
Ampliación Lateral
11
“Crown Pillar”
Collar
12
Orientación
Paralelo a Estructuras Principales
• Dentro de pilares
• Dentro del Caserón (Salvar la perforación)
Geometría Favorable
• Recuperación
• Estabilidad
Estabilidad General
Restricciones de Subsidencia
• Pilares no recuperados
• Pilares Artificiales (Caserones Rellenos)
Sin Restricción Subsidencia
• Tronadura masiva de pilares
Fortificación para operación
• No “liberar” bloques
• Perno, Malla, Shotcrete (Labores)
• Cables (caja pendiente)
13
Caso Explotación de pilares por
tronadura masiva
Sección A
14
15
Nivel Perforación DTH
Nivel Extracción
16
Fortificación
Comentarios
Método Mecanizable y Seguro
Estabilidad dependiente de estructuras
Buena recuperación
Poca Dilución y Relativamente Selectivo
Requiere Krigeage celdas pequeñas (3 a 5
m de lado) y verificación por perforaciones
de producción
17
CASERONES Y PILARES
Room & Pillar
(R&P)
Campo de Aplicación
Techo soportado por pilares
Depósitos sub horizontales
Roca Razonablemente Competente
18
Técnicas de Arranque
Perforación Horizontal
Perforación de “bancos”
Excavadoras continuas
Arranque
Perforación
de Bancos
Perforación
Horizontal
19
Técnicas de Transporte
Cargadores (LHD)
Camiones
Scraper
FFCC
Transporte Mecanizado
Cargador
+ Camión
20
Operación Artesanal
(Jackleg + Scraper + FFCC)
Manejo de Altas
Pendientes del Manto
21
Explotación Ultra Selectiva
Comentarios
Método muy versátil
Selectivo y de baja Dilución
Estabilidad dependiente de roca
• Techo
• Piso
• Pilares
Baja recuperación
22
HUNDIMIENTO POR
SUBNIVELES
Sub Level Caving
(SLC)
Drift driving
Sublevel Caving
Opening raise Ring drilling Blasting
Mucking Rail haulage Crushing and hoisting
23
ESQUEMA TÍPICO DE
HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES
CONTACTO MINERAL ESTERIL EN
HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES
ESTERIL HUNDID0
MINERAL TRONADO
24
The Kiruna
Orebody
The mining
of
Kiirunavaar
a
25
Ramps
Ore passes
Present main level, 1045 m
Crushing stations
Hoisting
1045 m
Ore body
Ventilation shafts
Mining System
KUJ 2000
26
Sublevel Caving -from small to
large scaleNumber of blasts per day for
production level of 60,000
ton/day
Post Ton in-situ Ton cave total
1 940 60 1000
2 720 280 1000
3 320 680 1000
total 1980 1020 3000
Theoretical Extraction
Ellipse From Nilsson’s
Model For Gravity Flow
27
In-situ % extracted as a function of total % extracted.
Dilución
Comentarios
Método altamente mecanizable
Alta Dilución por contacto permanente
con el estéril
Estabilidad controlable
• En Labores
Buena Selectividad y Recuperación
28
HUNDIMIENTO POR
SOCAVACIÓN BASAL
Block / Panel Caving
(BC / PC)
CONCEPTO (Hundimiento)
Socavación
Basal
29
CONCEPTO (Hundimiento)
Colapso del
techo
CONCEPTO (Hundimiento)
Extracción de
material
Fracturamiento
del techo
30
CONCEPTO (Hundimiento)
Fracturamiento
del techo
Extracción de
material
CONCEPTO (Hundimiento)
Zonas de
Extracción
31
CONCEPTO (Hundimiento)
Crecimiento
de zonas de
extracción
Fin
propagación
CONCEPTO (Hundimiento)
Fase de
régimen y
crecimiento
de zonas de
extracción
32
CONCEPTO (Hundimiento)
Animación:
Argyle Diamonds
Tamrock – Atlas Copco
CONCEPTO (Hundimiento)
33
Modalidades de Diseño
Por forma de socavación
• Plano o Inclinado
Por modo de extracción
• Parrillas
• Scraper
• LHD
Parrillas
34
Cargadores LHD
Diseño “Espina de Pescado”
35
Cargadores LHD Diseño “Teniente”
Alimentadores
Transportador
sin fin
Mineral Acondicionado
Diseño Minería Continua
36
Comentarios
Método altamente mecanizable
Alta capacidad de producción
Estabilidad controlable
• En Labores
Buena Recuperación
Baja Selectividad
Mediana dilución
TEMPORALMENTE
SOPORTADOS
Shrinkage y Explotación de
Mantos Blandos
(Carbón y otras Sales)
37
Caserones con Relleno
Temporal de Mineral
Shrinkage
Campo de Aplicación
Cajas débiles
Depósitos sub verticales
Roca competente
Subsidencia permitida post explotación
38
Caserón Relleno con Mineral
CONCEPTO SHRINKAGE
Secuencia de Trabajo
39
Técnicas de Arranque
Perforación liviana (Jackleg)
• Mineral de Relleno es piso de trabajo
Tronadura de crater vertical
• VCR=“Vertical crater Retreat”
• Perforación y tronadura desde Nivel de
Perforación
Perforación al techo
40
Técnicas de Transporte
Igual que caserones vacíos
• Cargadores (LHD)
• Pala mecánica
• Scraper
• Camión o FFCC
Ver
SME Underground Mining
Capítulo 1
FRENTE MECANIZADO
(LARGO O CORTO)
Longwall / Shortwall
41
Campo de Aplicación
Techo hundible
Depósitos sub horizontales
Roca “blanda”
“LONGWALL / SHORTWALL”
CONCEPTO
42
“LONGWALL / SHORTWALL”
NOMBRE
LONGWALL
• W > 120m
SHORTWALL
• W < 120m
Técnicas de Arranque
Cepillo (“Shearer)
Excavadoras continuas
Perforación y Tronadura
(“Desquinche”)
43
Técnicas de Transporte
Transportador Blindado Flexible (“Panzer”)
(AFC = Armoured Flexible Conveyor)
Alimentador
Correas Transportadoras
44
“LONGWALL / SHORTWALL”
MECANIZACIÓN
S
S
Main GateTail Gate
Face Conveyor PF4-1132
Face length 200m6000 6000
Tail Gate Main Gate
Longwall face conveyor
5000 Face length 200 m 6000
4000
1750
Disposición General de Equipos
45
3000
Chain conveyor
Detalle punto de transferencia
1200
83.5
266
20
20
167
30
50
30
650
1455
1695
30
483
83.5
max.127
122
710
1405
30
167
A-A
1:5
HARDOX 400
50x1440x2995
1,70 to (1x)
HARDOX 400
25x165x2995
0,10 to (2x)S690Q
30x350x2995
0,25 to (4x)
STAHLBAU 3,00 M LG
3,00 to
replaceable wear
elements
Modulos de Transportador
46
Changeable top trough (wear part)
Estructura y placa de desgaste
Cadenas y yugos
47
Técnicas de Soporte
Escudos desplazables (“Powered shields”)
Enmaderación
Escudo Hidráulico
48
Instalación de escudos hidráulicos
Frente de Trabajo
49
Comentarios
Método altamente mecanizable
Mínima Dilución (Se corta sólo el
mineral)
Estabilidad Controlada
Muy Buena Recuperación
Baja Selectividad in situ
CUIDADO CON EL GAS GRISÚ
SELECCIÓN DE MÉTODO
DE EXPLOTACIÓN
No hay reglas,
… sólo hay guías
50
SELECCIÓN DEL
MÉTODO MINERO
UBICACIÓN
• Superficial
• Profunda
GEOMETRÍA
• Masivo (Clavos)
• Tabular Vertical (Vetas)
• Tabular Horizontal (Mantos)
CALIDAD DE ROCA
• Mena
• Cajas
ARRANQUE
TRANSPORTE
CARACTERIZACIÓN DE MINAS
PARA SELECCIÓN DE MÉTODO
Pequeña Amplia Pequeña Amplia
Veta
Manto
Clavo
Veta
Manto
Clavo
Roca Caja (Techo / Pendiente)
Competente Débil
Potencia =>
RocaMena
BuenaMala
51
Tabla típica
Puede tener
muchas
variaciones
según las
condiciones
particulares
de cada
negocio
Pequeña Amplia Pequeña Amplia
Veta CR HSN
Manto
Clavo CR HSN
Veta CR-M C&R C&R C&R+P
Manto CHF C&R+P
Clavo C&R C&R+P C&R HSB
1 Naturalmente Soportados:
1.1 CV Caserones Vacíos (SLOS)
1.2 C&P Caserones y Pilares (R&P)
2 Artificialmente Soportados:
2.1 CR-M Caserones Rellenos de Mineral (Shrinkage)
2.2 CR Caserones Rellenos (BF)
2.3 C&R Corte y Relleno (C&F)
2.4 C&R+P Corte y Relleno con Postes (C&F+PP)
3 Parcialmente Hundido
3.1 CHF Corte y Hundimiento Forzado (LW/SW)
3.2 CHN Corte y Hundimiento Natural (LW/SW)
4 Hundido
4.1 HSN Hundimiento por Subniveles (SLC)
4.2 HSB Hundimiento por Socavación (BC/PC)
PRIMERA APROXIMACIÓN
CHN
Competente Débil
Roca Caja (Techo / Pendiente)
Potencia =>
C&P CHN
RocaMena
CV
CV
BuenaMala
INFRAESTRUCTURA DE
MINAS SUBTERRÁNEAS
Las minas subterráneas
tienen que ser tan
autosuficientes como un
submarino
52
COMPRENDE:COMPRENDE:
•• Operaciones AuxiliaresOperaciones Auxiliares
•• InstalacionesInstalaciones
INFRAESTRUCTURA DE
MINA SUBTERRÁNEA
Son aquellas actividades no relacionadasSon aquellas actividades no relacionadas
directamente con el proceso minero (arranque ydirectamente con el proceso minero (arranque y
transporte) sin las cualestransporte) sin las cuales ééste no puede realizarse deste no puede realizarse de
manera segura, efectiva y con responsabilidad social.manera segura, efectiva y con responsabilidad social.
DefiniciDefinicióón:n:
OPERACIONES
AUXILIARES
53
•• Ventilación
• Drenaje
• Energía
• Agua
• Comunicaciones
• Transporte y facilidades para el personal
• Transporte y almacenamiento de materiales y residuos
(sólidos, líquidos, gaseosos y biológicos)
• Instalaciones para mantención de equipos y herramientas
• Accesos
SERVICIOS U OPERACIONES
COMPLEMENTARIAS
El punto de partida
Recurso
Geo3 (log+est+mec)
Modelo de
Bloques
Método
Explotación
DiseñoPlan Minero
Infraestructura
Costo Inversión
Evaluación
Reservas
Costo de
Operación
Conforme
No conforme
54
Tipos de Demanda
(del Plan Minero)
Para Diluir
• Gases naturales / Motores / Tronadura / Baterías
Para Acondicionar
• Enfriar / Calentar
Para consumir:
• Respiración de personas: Q = N x 3 (m3/min)
• Combustión Motores: Q = HP x 3 (m3/min)
Para Mover
• Arrastrar (Arrastre polvo: usar V = 1 m/s)
• Hacer “brisa”
• Renovar
Ventilación: Leyes físicas
Caída de Presión:
H = K x L x P x Q2 / A3 = R x Q2
Potencia
P = K x L x P x Q3 / A3 = R x Q3
Resistencia:
R = K x L x P / A3
Caída de Presión H (Pa = N/m2 ~ 0,1 mm c. a); Coeficiente de Fricción K (kg/m3);
Longitus y Perímetro L,P (m); Sección A (m2); Caudal Q (m3/s)
55
Factor de Fricción: Galerías Rectas
(Mining Engineering Handbook)
Por Grado de Obstrucción
K x 105 (multiplicar por 10-5 para obtener Kg/m3)
Datos para densidad
1,2 Kg/m3
K’=K x δ / 1,2
ComúnOcasionalNingunaTipo Pared
297027802690Roca angulosa
204018601760Enmaderada
130011101020Suave (Carbón
o Shotcrete)
560370280Lisa revestida
Drenaje:
•Aguas subterráneas (Hidrología)
•Aguas de uso industrial (Perforación)
•Destino:
•Tratamiento de aguas de minas
•Acopio de derrames
• Galerías con pequeña pendiente (0,5%)
• Canaletas + Pozos de decantación
• Bombas
• Plan emergencia (cortes de energía, crecidas)
DRENAJE
56
•• Demanda según Plan Minero
• Flotas de equipos (móviles y estacionarios)
• Producción, servicios (bombas, alumbrado, WC, …)
• Anillos
• Doble vía de suministro
• Respaldo
• Plan emergencia (cortes de energía, generadores, incendios)
Aire comprimido: Compresores elAire comprimido: Compresores elééctricos localesctricos locales
REDES DE ENERGÍA Y AGUA
•• Demanda creciente
• Red fija:
• Anillo “crecedor”
• Datos, imagen y voz
• Red móvil
• Antenas y repetidores
• Banda ancha inalámbrica “asistida”
• Plan emergencia (cortes de energía, alarmas)
COMUNICACIONES
57
•• Demanda según Plan Minero: Dotación propia + contratistas
• Transporte:
• Cambios de turno; distribución interna.
• Vehículos interior mina; reglas y control de tránsito.
• Facilidades
• Servicios higiénicos, pañoles
• Oficinas? ; Comedores?
• Plan emergencia (Procedimientos, refugios)
TRANSPORTE Y FACILIDADES
PARA EL PERSONAL
•• Demanda según Plan Minero
• ¿Cuánto y donde almacenar?
• Interior o exterior mina
• Se trata de hacer la operación expedita
• La demanda de materiales se transforma en demanda de
transporte y uso de vías.
• Casos especiales: polvorines y estaciones de despacho de
combustibles (Decreto 72), hormigón.
• El manejo de residuos es parte del diseño de la operación
incluyendo: transporte, procesamiento y destino final.
• Plan emergencia (Manejo de residuos, rebalses de combustibles,
polvorines, incendios)
MATERIALES Y RESIDUOS
(Sólidos, Líquidos, Gaseosos y Biológicos)
58
•¿Qué mantención en interior mina y qué en superficie?
• Minimizar el tiempo de parada del equipo (viaje+intervención)
• Mantención menor en el lugar de trabajo
• En interior mina se hace cambio de componentes, los cuales se
envían afuera para reparación.
• Combinación recintos y vehículos utilitarios de servicio en terreno.
• Casos especiales: Neumáticos, aceros de perforación, baldes y
tolvas, montaje y desmontaje de redes.
• Contratos con proveedores no reduce las necesidades de
facilidades (talleres, bodegas, estacionamientos) y uso de sistemas
de transporte y comunicaciones, más bien las aumenta.
•Plan emergencia (Manipulación de unidades “en panne”)
INSTALACIONES PARA
MANTENCIÓN DE EQUIPOS
• Doble acceso: Siempre y en todo lugar
• Por seguridad
• Por ventilación
• Por ley (Decreto 72)
• Dimensionamiento según demanda y sistema de transporte
• Acceso comprende: Vías, señalización, estacionamientos,
control de tránsito, iluminación, vehículos, comunicaciones.
• Plan emergencia (Uso de vías en emergencia de otros
subsistemas, emergencias propias del sistema de tránsito)
El mejor sistema de transporte es aquel en que no seEl mejor sistema de transporte es aquel en que no se
requiere hacer transporte.requiere hacer transporte.
ACCESOS
59
FUNDAMENTOS
CIENTÍFICOS
La minería está a punto de
dejar de ser un “Arte” y pasar a
ser un “Proceso Tecnológico”
con base en la Ciencia
•• HUNDIBILIDAD O ESTABILIDAD
•Para hacer explotaciones sin sostenimiento
•Para hacer explotaciones por hundimiento
• FLUJO GRAVITACIONAL CONFINADO
• Recuperación en métodos por hundimiento
• Dilución
• ACONDICIONAMIENTO DE MACIZOS ROCOSOS
• Para hundir
• Para lixiviar
PROBLEMAS
FUNDAMENTALES
60
Decisiones de Diseño
Caracterizar
Grado de
Fragmentación
Acondicionar
¿Hunde?
Mal
Propagación
Fragmentación
Hundibilidad
Distancia
Configuración
Malla
Bien
Regular
Gravitacional
Discreto
Continuo
Tipo de M/M
Área / RH
Base / Altura
1º Hdto.
Esfuerzos
Clase
De Roca No
hundir
ÁBACOS DE RADIO
HIDRÁULICO
Ábacos empíricos: Mejores para
Estabilidad que para Hundibilidad.
No consideran estados de
esfuerzos
61
62
FLUJO GRAVITACIONAL
Un largo camino
… que todavía no llega a
destino.
HistoriaHistoria
• Kvapil
• Laubscher
• Estudios Recientes (ICS e IM2)
FLUJO GRAVITACIONAL
CONFINADO
63
FLUJO GRAVITACIONAL
Según: Rudolf Kvapil
Supuesto: Las leyes
del flujo gravitacional
son independientes del
tamaño de los
fragmentos de material
Estudio de flujo de
mineral a granel se
puede estudiar en
modelos de arena o
grava
ESTUDIO DE MODELOS DE SILOS
D D
D independiente de ángulo fondo
64
ESTUDIO DE MODELOS DE SLC
Seudo-elipse
Las figuras no son elípticas
pero se aproximan para
simplificar los cálculos
Elipsoide de
movimiento
Velocidad de partículas
No hay movimiento en
el límite del elipsoide
de movimiento
La mayor velocidad se
observa en el eje del
elipsoide, y aumenta a
medida que se acerca
al punto de extracción
V5>V4>V3>V2>V1
65
Elipsoide de Extracción
Existen zonas de igual
velocidad que conservan
la forma de elipsoide
Existirá una zona de
máxima velocidad que
comprende el material
extraido
Esa Zona se denomina
“Elipsoide de extracción”
VERIFICACIÓN DE “EE”
Extracción de “EE” previamente marcado
66
VISUALIZACIÓN DE “EE” Y “EM”
Extracción de “EE” previamente marcado
RELACIONES GEOMÉTRICAS
67
EFECTO DEL TAMAÑO DE FRAGMENTOS
A mayor tamaño de fragmentos mayor diámetro
A mayor movilidad del
material mayor esbeltez
La movilidad de las
partículas depende de:
• Tamaño de partículas
• Forma de partículas
• Rugosidad de superficie
• Ángulo de fricción interno
• Densidad
• Tasa de extracción
• Propiedades del material
(humedad, resistencia)
• Efectos lubricantes
FORMA de ELIPSOIDES vs MOVILIDAD
68
• DTA vs MRMR
•Tiraje Interactivo
• Altura de Interacción
• Modelo Volumétrico de Dilución
FLUJO GRAVITACIONAL
Según: DennisDennis LaubscherLaubscher
Rockmass class 5 4 3 2/1
ff/m 50 - 7 20 - 1.5 5 - 0.4 1.5 - 0.2
Rock size m 0.01 - 0.3 0.1 - 2.0 0.4 - 5.0 1.5 - 9.0+
% +2m³ 0 1 - 5 6 - 20 21 - 45
Loading width Isolated drawzone diameter
5m = 11.5m 13m
4m = 9m 11m 12.5m
3m = 6.5m 8.5m 10.5m 12m
2m = 6m 8m 10m
Diámetro Aislado (Laubscher)
69
DIÁMETRO DE TIRAJE AISLADO
Isolated Draw Zone (IDZ)
% +2m³ 0 1 - 5 6 - 20 21 - 45
Loading width
Tiraje irregular (Aislado)
70
Tiraje regular puntos alejados
Tiraje Regular
Dist. Puntos < 1,5 DTA
71
Mecanismo de Flujo Granular
Aislado Concurrente
Flujo gravitacional Min. Grueso
(Vacíos Propagados - Gustafsson)
Aislado Concurrente
72
Interacción: Laubscher
73
Cálculo ley y recuperación
(20%)
Ley mineral = 2%, ley Esteril = 0,5%:
A 125% de tiraje ley cierre = 1%: % dilución = 30% Recuperación = 90%: Ley media = 1,6%
74
Cálculo ley y recuperación
(60%)
Ley mineral = 2%, ley Esteril = 0,5%:
A 115% de tiraje ley cierre = 1%: % dilución = 17% Recuperación = 94%: Ley media = 1,8%
FLUJO GRAVITACIONAL
Según Estudios Recientes: ICS e IM2
• El tiraje es siempre aislado
• Por lo tanto no existe tal zona de interacción
• Se distinguen 2 zonas: Extracción y Movimiento
• La razón de excentricidad se mantiene constante
Estudios experimentales a escala y conEstudios experimentales a escala y con
modelosmodelos computacionlescomputacionles realizados enrealizados en
JKMRC,JKMRC, ItascaItasca e IM2 indican que:e IM2 indican que:
75
dd
hh
MaterialMaterial
extraextraíídodo
Zona deZona de
extracciextraccióónn
Zona deZona de
movimientomovimiento
El diámetro “d” es directamente
proporcional a tamaño medio de
los fragmentos hasta un cierto
límite.
La excentricidad h/d es
inversamente proporcional al
tamaño de fragmentos. En
material grueso (tamaño medio
entre 0,4m y 0,6m) la razón de
excentricidad es del orden de 3 y
en materiales finos (entre 0,15m
a 0,21m) sería del orden de 5.
Conceptos de flujo gravitacional
¿Qué vamos a hacer sin Laubscher?
Criterios de Diseño Convencional AP AP+TT AP+TT+MC
Caracterización Laubscher (MRMR)
Geosísmica (Tomogr)
Geomecánica
Secuenciamiento Compatible con Ab. Stress
En Sombra sin Ab. Stress
Orientación Fracturas y Estructuras
Estabilidad General
Fragmentación BCF, Size, Otros?
Hundibilidad Laubscher (MRMR)
Altura Columna
Malla Laubscher (MRMR)
Dilución Laubscher (DE%)
Estabilidad Razón de excavación
Pilares Reforzados
Tasa Extracción Prop. Antisísmica
Tasa Extracción Régimen Por Regularidad y M/M
Pilares Reforzados +Pilares no dañados
Antisísmica + Control Conexión y Monitoreo
Por M/M + PL Corto Plazo
Laubscher+nueva ff? + Modelo G Flores?
Laubscher + nueva ff? + Otros JKMRC-IM2? + GCPMS?
Laubscher (DE%)? + Flujo no Interactivo + Dinámica Probabilistica
Razón de excavación
Laubscher+nueva ff? + Modelo G Flores?
Laubscher + nueva ff?
Tomografía Alta Resolución
Esfuerzos
Indices de Colgadura y Reducción Secundaria?
Nuevos redirecciontado AP?
Nuevos redirecciontado AP?
Orientación y forma de frentes
Dimensiones de frentes
76
ACONDICIONAMIENTO DE
MACISOS ROCOSOS
Una oportunidad
… que todavía está en
evaluación
ACONDICIONAR
CONCEPTO
77
Agregar fracturas a la roca in situAgregar fracturas a la roca in situ
para mejor fragmentar, hundir opara mejor fragmentar, hundir o
lixiviarlixiviar
PROPÓSITO
Fracturamiento HidrFracturamiento Hidrááulicoulico Tronadura ConfinadaTronadura Confinada
TECNOLOGÍAS DE
ACONDICIONAMIENTO
78
PRUEBA DE FRACTURAMIENTO LOCAL
PRUEBA DE BOMBEO
OPTICAL & ACOUSTIC SCANNING
FRACTURAMIENTO
HIDRÁULICO
PiezoelectricSource
HydrophoneArray
Hydraulic
Fracture
shot 21
shot 25
shot 31
shot 36
12
11
10
09
08
07
9
hydrophone number
987 121110
Time(mseg)
15
14
13
12
11
10
16
shot 21
shot 36
shot 31
shot 25
P-Wave Travel Time
Shot Without Hyd.Fractures
Shot With Hyd.Fractures
51 meter
80meter
seismic ray
Hole HF01Hole M9
CONTROL GEOFÍSICO
(Sísmico)
79
ANTES DEL FH
DESPUES DEL FH
TOMOGRAFÍA SÍSMICA
Evidencia de fractura hidráulica
Fractura Hidráulica
80
Esfuerzos de Tracción a
24 m del Collar de la
Perforación
vista tridimensional con
planos que contienen la
distribución de esfuerzo a
distintas profundidades
TRONADURA CONFINADA
Tronadura con Cara Libre
Esfuerzos
+
-
compresión
tracción
-
+
-
compresión
El concepto
81
0 m 10 m 20 m 30 m
Vp = 5000 m/s
2 ms 4 ms 6 ms
σ
Resistencia a la compresión
Resistencia a la tracción
Pulso de Tronadura
0 m 10 m 20 m 30 m
Vp = 5000 m/s
6 ms
σ
Resistencia a la compresión
Resistencia a la tracción
2 ms 4 ms
Principio de acoplamiento
de ondas
82
Detonadores pirotécnicosDetonadores electrónicos
Control de TiemposControl de Tiempos
L ?L ?
Principio de SuperposiciPrincipio de Superposicióónn
•Dimensionar
separación y
tiempos de
salida
Modelar el
medio
Modelar las
ondas
83
Principio de InteracciPrincipio de Interaccióónn
•Dimensionar el
Espaciamiento
entre tiros
Modelo 3D del
medio rocoso
Solución
numérica por
aproximaciones
sucesivas
E ?
¿DE DONDE VIENE EL
FINO?
Las teorías de tronadura y hundimiento
sólo explican la fragmentación a partir de
la existencia de fracturas, sin embargo
… ello no explica la presencia de tanto
fino
84
SENCILLOSENCILLO
EXPERIMENTOEXPERIMENTO
¿¿QuQuéé le parece?le parece?
EFECTO DEL FINO EN EL
FLUJO GRAVITACIONAL
SIN FINO NO ES POSIBLE ELSIN FINO NO ES POSIBLE EL
ESCURRIMIENTO GRAVITACIONALESCURRIMIENTO GRAVITACIONAL
DEL MATERIAL FRAGMENTADODEL MATERIAL FRAGMENTADO
EFECTO FINO
85
TENDENCIAS
El futuro es subterráneo
… aunque tome un tiempo
MACIZO POCO FRACTURADO
• SISMICIDAD
• COLPAS
• COLGADURAS y CACHORREO
EXTRACCIÓN MECANIZADA
INTERMITENTE
• BALDADA + TRASLADO
• REDUCCIÓN SECUNDARIA
INFRAESTRUCTURA DE GRAN
TAMAÑO
• FORTIFICACIÓN
• REPARACIÓN
fracturar
hundir
macizo compacto
macizo fracturado
Descolgar y
extraer
mineral
fragmentado
MINERÍA CONVENCIONAL EN MINERAL
POCO FRACTURADO
86
REDUCCIÓN
• Piques
• Martillos
• Chancadores
TRANSPORTE
MINERAL GRUESO
• FFCC
• Camiones
pique
intermedio
Principal
pique
pique
TRANSPORTE EN MINERAL GRUESO
¿Y si modifico
la roca
…ahh?
fracturar
hundir
macizo compacto
macizo fracturado
Descolgar y
extraer
mineral
fragmentado
QUIEBRE TECNOLÓGICO Nº1
87
¿Y si transporto a
tamaño final
…ahh?
pique
intermedio
Principal
pique
pique
QUIEBRE TECNOLÓGICO Nº2
Fracturar
Hundir
macizo compacto
macizo fracturado
Extraer
intermedio
Principal
mineral
fragmentado
¿Y si saco
simultáneamente
…ahh?
QUIEBRE TECNOLÓGICO Nº3
88
Galería de zanjas:
- Equipos extractores estacionarios en
puntos de extracción
Calle producción:
- Transportador continuo
Chancador
Pique de traspaso
Galería de servicios
MÓDULO DE MINERÍA CONTINUA
AVANCE EN LA DIMENSIÓN
TECNOLÓGICA
Evolución Tasa Extraccción Método de
Hundimiento
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
años
t/m2día
MC Teórica
Acondicionamiento
MC posible

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  • 1. 1 INTRODUCCIÓN A SUBTERRÁNEAS Prof. Víctor Encina M. Julio 2006 Postítulo de Certificación y Valoración de Activos Mineros Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (Chile) + Queen’s University (Canadá) TEMAS Proceso Minero Presentación de Métodos Subterráneos • Autosoportados • Hundimiento • Temporalmente Soportados Selección de Métodos Subterráneos Fundamentos Científicos • Hundibilidad • Flujo Gravitacional • Acondicionamiento Tendencias Infraestructura de minas subterráneas
  • 2. 2 EL PROCESO MINERO La minería ocurre en “reactores perecibles” EL PROCESO MINERO ARRANQUE • FRACTURAR • FRAGMENTAR • EXTRAER TRANSPORTE • TRASLADAR BENEFICIO • SEPARAR ARRANQUE TRANSPORTE $ PLANTA MINA SEPARAR
  • 3. 3 Arranque • Cambio de naturaleza del material • Transformar sólido in situ en pilas de fragmentos de material sólido Transporte • Cambio de coordenadas • Trasladar el material desde su ubicación original a la Planta. EL PROCESO MINA ARRANQUE MÉTODOS DE ARRANQUE • Tronadura • Hundimiento MÉTODOS DE EXTRACCIÓN • Gravitacional • “Por Baldadas” Arranque macizo in situ Cargar y extraer material quebrado
  • 4. 4 TRANSPORTE CONTINUO • Correas • Piques (gravitacional) DISCONTINUO • FFCC • Camiones Stock intermedio Principal En Minería Subterránea • Los Procesos Mina se denominan: Métodos de Explotación • Se definen caso a caso según las características del recurso mineral y los objetivos del negocio Las claves de proceso son: • Estabilidad de los recintos de trabajo • Estabilidad del emplazamiento post explotación • Recuperación, Selectividad y Dilución PROCESOS MINA: SUBTERRÁNEOS
  • 5. 5 PRESENTACIÓN DE MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN Visión rápida de los principales métodos de explotación subterráneos 1 Cavidades Autosoportadas 1.1 CV Caserones Vacíos (SLOS) 1.2 C&P Caserones y Pilares (R&P) 2 Cavidades Artificialmente Soportados: 2.1 CR Caserones Rellenos (BF) 2.2 C&R Corte y Relleno (C&F) 2.3 C&R+P Corte y Relleno con Postes (C&F+PP) 3 Cavidades Temporalmente Soportadas 3.1 CR-M Caserones Rellenos de Mineral (Shrinkage) 3.2 CHF Corte y Hundimiento Forzado (LW/SW) 3.3 CHN Corte y Hundimiento Natural (LW/SW) 4 Cavidades No Soportadas (Hundidas) 4.1 HSN Hundimiento por Sub-Niveles (SLC) 4.2 HSB Hundimiento por Socavación Basal (BC/PC) CLASIFICACIÓN DE MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN
  • 6. 6 CASERONES VACÍOS Sub Level Open Stoping SLOS CONCEPTO (Olimpic Dam Mine)
  • 7. 7 Campo de Aplicación Techo y cajas auto soportadas Depósitos sub verticales Roca Razonablemente Competente Operación Mecanizada LHD
  • 8. 8 Planificación Caserones y Pilares Variantes diseño caserones Por geometría del yacimiento • Irregularidades • Distintos grados de dilución Secuencia de explotación • En el caserón • En el sector de caserones
  • 12. 12 Orientación Paralelo a Estructuras Principales • Dentro de pilares • Dentro del Caserón (Salvar la perforación) Geometría Favorable • Recuperación • Estabilidad Estabilidad General Restricciones de Subsidencia • Pilares no recuperados • Pilares Artificiales (Caserones Rellenos) Sin Restricción Subsidencia • Tronadura masiva de pilares Fortificación para operación • No “liberar” bloques • Perno, Malla, Shotcrete (Labores) • Cables (caja pendiente)
  • 13. 13 Caso Explotación de pilares por tronadura masiva Sección A
  • 14. 14
  • 16. 16 Fortificación Comentarios Método Mecanizable y Seguro Estabilidad dependiente de estructuras Buena recuperación Poca Dilución y Relativamente Selectivo Requiere Krigeage celdas pequeñas (3 a 5 m de lado) y verificación por perforaciones de producción
  • 17. 17 CASERONES Y PILARES Room & Pillar (R&P) Campo de Aplicación Techo soportado por pilares Depósitos sub horizontales Roca Razonablemente Competente
  • 18. 18 Técnicas de Arranque Perforación Horizontal Perforación de “bancos” Excavadoras continuas Arranque Perforación de Bancos Perforación Horizontal
  • 19. 19 Técnicas de Transporte Cargadores (LHD) Camiones Scraper FFCC Transporte Mecanizado Cargador + Camión
  • 20. 20 Operación Artesanal (Jackleg + Scraper + FFCC) Manejo de Altas Pendientes del Manto
  • 21. 21 Explotación Ultra Selectiva Comentarios Método muy versátil Selectivo y de baja Dilución Estabilidad dependiente de roca • Techo • Piso • Pilares Baja recuperación
  • 22. 22 HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES Sub Level Caving (SLC) Drift driving Sublevel Caving Opening raise Ring drilling Blasting Mucking Rail haulage Crushing and hoisting
  • 23. 23 ESQUEMA TÍPICO DE HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES CONTACTO MINERAL ESTERIL EN HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES ESTERIL HUNDID0 MINERAL TRONADO
  • 25. 25 Ramps Ore passes Present main level, 1045 m Crushing stations Hoisting 1045 m Ore body Ventilation shafts Mining System KUJ 2000
  • 26. 26 Sublevel Caving -from small to large scaleNumber of blasts per day for production level of 60,000 ton/day Post Ton in-situ Ton cave total 1 940 60 1000 2 720 280 1000 3 320 680 1000 total 1980 1020 3000 Theoretical Extraction Ellipse From Nilsson’s Model For Gravity Flow
  • 27. 27 In-situ % extracted as a function of total % extracted. Dilución Comentarios Método altamente mecanizable Alta Dilución por contacto permanente con el estéril Estabilidad controlable • En Labores Buena Selectividad y Recuperación
  • 28. 28 HUNDIMIENTO POR SOCAVACIÓN BASAL Block / Panel Caving (BC / PC) CONCEPTO (Hundimiento) Socavación Basal
  • 29. 29 CONCEPTO (Hundimiento) Colapso del techo CONCEPTO (Hundimiento) Extracción de material Fracturamiento del techo
  • 30. 30 CONCEPTO (Hundimiento) Fracturamiento del techo Extracción de material CONCEPTO (Hundimiento) Zonas de Extracción
  • 31. 31 CONCEPTO (Hundimiento) Crecimiento de zonas de extracción Fin propagación CONCEPTO (Hundimiento) Fase de régimen y crecimiento de zonas de extracción
  • 32. 32 CONCEPTO (Hundimiento) Animación: Argyle Diamonds Tamrock – Atlas Copco CONCEPTO (Hundimiento)
  • 33. 33 Modalidades de Diseño Por forma de socavación • Plano o Inclinado Por modo de extracción • Parrillas • Scraper • LHD Parrillas
  • 35. 35 Cargadores LHD Diseño “Teniente” Alimentadores Transportador sin fin Mineral Acondicionado Diseño Minería Continua
  • 36. 36 Comentarios Método altamente mecanizable Alta capacidad de producción Estabilidad controlable • En Labores Buena Recuperación Baja Selectividad Mediana dilución TEMPORALMENTE SOPORTADOS Shrinkage y Explotación de Mantos Blandos (Carbón y otras Sales)
  • 37. 37 Caserones con Relleno Temporal de Mineral Shrinkage Campo de Aplicación Cajas débiles Depósitos sub verticales Roca competente Subsidencia permitida post explotación
  • 38. 38 Caserón Relleno con Mineral CONCEPTO SHRINKAGE Secuencia de Trabajo
  • 39. 39 Técnicas de Arranque Perforación liviana (Jackleg) • Mineral de Relleno es piso de trabajo Tronadura de crater vertical • VCR=“Vertical crater Retreat” • Perforación y tronadura desde Nivel de Perforación Perforación al techo
  • 40. 40 Técnicas de Transporte Igual que caserones vacíos • Cargadores (LHD) • Pala mecánica • Scraper • Camión o FFCC Ver SME Underground Mining Capítulo 1 FRENTE MECANIZADO (LARGO O CORTO) Longwall / Shortwall
  • 41. 41 Campo de Aplicación Techo hundible Depósitos sub horizontales Roca “blanda” “LONGWALL / SHORTWALL” CONCEPTO
  • 42. 42 “LONGWALL / SHORTWALL” NOMBRE LONGWALL • W > 120m SHORTWALL • W < 120m Técnicas de Arranque Cepillo (“Shearer) Excavadoras continuas Perforación y Tronadura (“Desquinche”)
  • 43. 43 Técnicas de Transporte Transportador Blindado Flexible (“Panzer”) (AFC = Armoured Flexible Conveyor) Alimentador Correas Transportadoras
  • 44. 44 “LONGWALL / SHORTWALL” MECANIZACIÓN S S Main GateTail Gate Face Conveyor PF4-1132 Face length 200m6000 6000 Tail Gate Main Gate Longwall face conveyor 5000 Face length 200 m 6000 4000 1750 Disposición General de Equipos
  • 45. 45 3000 Chain conveyor Detalle punto de transferencia 1200 83.5 266 20 20 167 30 50 30 650 1455 1695 30 483 83.5 max.127 122 710 1405 30 167 A-A 1:5 HARDOX 400 50x1440x2995 1,70 to (1x) HARDOX 400 25x165x2995 0,10 to (2x)S690Q 30x350x2995 0,25 to (4x) STAHLBAU 3,00 M LG 3,00 to replaceable wear elements Modulos de Transportador
  • 46. 46 Changeable top trough (wear part) Estructura y placa de desgaste Cadenas y yugos
  • 47. 47 Técnicas de Soporte Escudos desplazables (“Powered shields”) Enmaderación Escudo Hidráulico
  • 48. 48 Instalación de escudos hidráulicos Frente de Trabajo
  • 49. 49 Comentarios Método altamente mecanizable Mínima Dilución (Se corta sólo el mineral) Estabilidad Controlada Muy Buena Recuperación Baja Selectividad in situ CUIDADO CON EL GAS GRISÚ SELECCIÓN DE MÉTODO DE EXPLOTACIÓN No hay reglas, … sólo hay guías
  • 50. 50 SELECCIÓN DEL MÉTODO MINERO UBICACIÓN • Superficial • Profunda GEOMETRÍA • Masivo (Clavos) • Tabular Vertical (Vetas) • Tabular Horizontal (Mantos) CALIDAD DE ROCA • Mena • Cajas ARRANQUE TRANSPORTE CARACTERIZACIÓN DE MINAS PARA SELECCIÓN DE MÉTODO Pequeña Amplia Pequeña Amplia Veta Manto Clavo Veta Manto Clavo Roca Caja (Techo / Pendiente) Competente Débil Potencia => RocaMena BuenaMala
  • 51. 51 Tabla típica Puede tener muchas variaciones según las condiciones particulares de cada negocio Pequeña Amplia Pequeña Amplia Veta CR HSN Manto Clavo CR HSN Veta CR-M C&R C&R C&R+P Manto CHF C&R+P Clavo C&R C&R+P C&R HSB 1 Naturalmente Soportados: 1.1 CV Caserones Vacíos (SLOS) 1.2 C&P Caserones y Pilares (R&P) 2 Artificialmente Soportados: 2.1 CR-M Caserones Rellenos de Mineral (Shrinkage) 2.2 CR Caserones Rellenos (BF) 2.3 C&R Corte y Relleno (C&F) 2.4 C&R+P Corte y Relleno con Postes (C&F+PP) 3 Parcialmente Hundido 3.1 CHF Corte y Hundimiento Forzado (LW/SW) 3.2 CHN Corte y Hundimiento Natural (LW/SW) 4 Hundido 4.1 HSN Hundimiento por Subniveles (SLC) 4.2 HSB Hundimiento por Socavación (BC/PC) PRIMERA APROXIMACIÓN CHN Competente Débil Roca Caja (Techo / Pendiente) Potencia => C&P CHN RocaMena CV CV BuenaMala INFRAESTRUCTURA DE MINAS SUBTERRÁNEAS Las minas subterráneas tienen que ser tan autosuficientes como un submarino
  • 52. 52 COMPRENDE:COMPRENDE: •• Operaciones AuxiliaresOperaciones Auxiliares •• InstalacionesInstalaciones INFRAESTRUCTURA DE MINA SUBTERRÁNEA Son aquellas actividades no relacionadasSon aquellas actividades no relacionadas directamente con el proceso minero (arranque ydirectamente con el proceso minero (arranque y transporte) sin las cualestransporte) sin las cuales ééste no puede realizarse deste no puede realizarse de manera segura, efectiva y con responsabilidad social.manera segura, efectiva y con responsabilidad social. DefiniciDefinicióón:n: OPERACIONES AUXILIARES
  • 53. 53 •• Ventilación • Drenaje • Energía • Agua • Comunicaciones • Transporte y facilidades para el personal • Transporte y almacenamiento de materiales y residuos (sólidos, líquidos, gaseosos y biológicos) • Instalaciones para mantención de equipos y herramientas • Accesos SERVICIOS U OPERACIONES COMPLEMENTARIAS El punto de partida Recurso Geo3 (log+est+mec) Modelo de Bloques Método Explotación DiseñoPlan Minero Infraestructura Costo Inversión Evaluación Reservas Costo de Operación Conforme No conforme
  • 54. 54 Tipos de Demanda (del Plan Minero) Para Diluir • Gases naturales / Motores / Tronadura / Baterías Para Acondicionar • Enfriar / Calentar Para consumir: • Respiración de personas: Q = N x 3 (m3/min) • Combustión Motores: Q = HP x 3 (m3/min) Para Mover • Arrastrar (Arrastre polvo: usar V = 1 m/s) • Hacer “brisa” • Renovar Ventilación: Leyes físicas Caída de Presión: H = K x L x P x Q2 / A3 = R x Q2 Potencia P = K x L x P x Q3 / A3 = R x Q3 Resistencia: R = K x L x P / A3 Caída de Presión H (Pa = N/m2 ~ 0,1 mm c. a); Coeficiente de Fricción K (kg/m3); Longitus y Perímetro L,P (m); Sección A (m2); Caudal Q (m3/s)
  • 55. 55 Factor de Fricción: Galerías Rectas (Mining Engineering Handbook) Por Grado de Obstrucción K x 105 (multiplicar por 10-5 para obtener Kg/m3) Datos para densidad 1,2 Kg/m3 K’=K x δ / 1,2 ComúnOcasionalNingunaTipo Pared 297027802690Roca angulosa 204018601760Enmaderada 130011101020Suave (Carbón o Shotcrete) 560370280Lisa revestida Drenaje: •Aguas subterráneas (Hidrología) •Aguas de uso industrial (Perforación) •Destino: •Tratamiento de aguas de minas •Acopio de derrames • Galerías con pequeña pendiente (0,5%) • Canaletas + Pozos de decantación • Bombas • Plan emergencia (cortes de energía, crecidas) DRENAJE
  • 56. 56 •• Demanda según Plan Minero • Flotas de equipos (móviles y estacionarios) • Producción, servicios (bombas, alumbrado, WC, …) • Anillos • Doble vía de suministro • Respaldo • Plan emergencia (cortes de energía, generadores, incendios) Aire comprimido: Compresores elAire comprimido: Compresores elééctricos localesctricos locales REDES DE ENERGÍA Y AGUA •• Demanda creciente • Red fija: • Anillo “crecedor” • Datos, imagen y voz • Red móvil • Antenas y repetidores • Banda ancha inalámbrica “asistida” • Plan emergencia (cortes de energía, alarmas) COMUNICACIONES
  • 57. 57 •• Demanda según Plan Minero: Dotación propia + contratistas • Transporte: • Cambios de turno; distribución interna. • Vehículos interior mina; reglas y control de tránsito. • Facilidades • Servicios higiénicos, pañoles • Oficinas? ; Comedores? • Plan emergencia (Procedimientos, refugios) TRANSPORTE Y FACILIDADES PARA EL PERSONAL •• Demanda según Plan Minero • ¿Cuánto y donde almacenar? • Interior o exterior mina • Se trata de hacer la operación expedita • La demanda de materiales se transforma en demanda de transporte y uso de vías. • Casos especiales: polvorines y estaciones de despacho de combustibles (Decreto 72), hormigón. • El manejo de residuos es parte del diseño de la operación incluyendo: transporte, procesamiento y destino final. • Plan emergencia (Manejo de residuos, rebalses de combustibles, polvorines, incendios) MATERIALES Y RESIDUOS (Sólidos, Líquidos, Gaseosos y Biológicos)
  • 58. 58 •¿Qué mantención en interior mina y qué en superficie? • Minimizar el tiempo de parada del equipo (viaje+intervención) • Mantención menor en el lugar de trabajo • En interior mina se hace cambio de componentes, los cuales se envían afuera para reparación. • Combinación recintos y vehículos utilitarios de servicio en terreno. • Casos especiales: Neumáticos, aceros de perforación, baldes y tolvas, montaje y desmontaje de redes. • Contratos con proveedores no reduce las necesidades de facilidades (talleres, bodegas, estacionamientos) y uso de sistemas de transporte y comunicaciones, más bien las aumenta. •Plan emergencia (Manipulación de unidades “en panne”) INSTALACIONES PARA MANTENCIÓN DE EQUIPOS • Doble acceso: Siempre y en todo lugar • Por seguridad • Por ventilación • Por ley (Decreto 72) • Dimensionamiento según demanda y sistema de transporte • Acceso comprende: Vías, señalización, estacionamientos, control de tránsito, iluminación, vehículos, comunicaciones. • Plan emergencia (Uso de vías en emergencia de otros subsistemas, emergencias propias del sistema de tránsito) El mejor sistema de transporte es aquel en que no seEl mejor sistema de transporte es aquel en que no se requiere hacer transporte.requiere hacer transporte. ACCESOS
  • 59. 59 FUNDAMENTOS CIENTÍFICOS La minería está a punto de dejar de ser un “Arte” y pasar a ser un “Proceso Tecnológico” con base en la Ciencia •• HUNDIBILIDAD O ESTABILIDAD •Para hacer explotaciones sin sostenimiento •Para hacer explotaciones por hundimiento • FLUJO GRAVITACIONAL CONFINADO • Recuperación en métodos por hundimiento • Dilución • ACONDICIONAMIENTO DE MACIZOS ROCOSOS • Para hundir • Para lixiviar PROBLEMAS FUNDAMENTALES
  • 60. 60 Decisiones de Diseño Caracterizar Grado de Fragmentación Acondicionar ¿Hunde? Mal Propagación Fragmentación Hundibilidad Distancia Configuración Malla Bien Regular Gravitacional Discreto Continuo Tipo de M/M Área / RH Base / Altura 1º Hdto. Esfuerzos Clase De Roca No hundir ÁBACOS DE RADIO HIDRÁULICO Ábacos empíricos: Mejores para Estabilidad que para Hundibilidad. No consideran estados de esfuerzos
  • 61. 61
  • 62. 62 FLUJO GRAVITACIONAL Un largo camino … que todavía no llega a destino. HistoriaHistoria • Kvapil • Laubscher • Estudios Recientes (ICS e IM2) FLUJO GRAVITACIONAL CONFINADO
  • 63. 63 FLUJO GRAVITACIONAL Según: Rudolf Kvapil Supuesto: Las leyes del flujo gravitacional son independientes del tamaño de los fragmentos de material Estudio de flujo de mineral a granel se puede estudiar en modelos de arena o grava ESTUDIO DE MODELOS DE SILOS D D D independiente de ángulo fondo
  • 64. 64 ESTUDIO DE MODELOS DE SLC Seudo-elipse Las figuras no son elípticas pero se aproximan para simplificar los cálculos Elipsoide de movimiento Velocidad de partículas No hay movimiento en el límite del elipsoide de movimiento La mayor velocidad se observa en el eje del elipsoide, y aumenta a medida que se acerca al punto de extracción V5>V4>V3>V2>V1
  • 65. 65 Elipsoide de Extracción Existen zonas de igual velocidad que conservan la forma de elipsoide Existirá una zona de máxima velocidad que comprende el material extraido Esa Zona se denomina “Elipsoide de extracción” VERIFICACIÓN DE “EE” Extracción de “EE” previamente marcado
  • 66. 66 VISUALIZACIÓN DE “EE” Y “EM” Extracción de “EE” previamente marcado RELACIONES GEOMÉTRICAS
  • 67. 67 EFECTO DEL TAMAÑO DE FRAGMENTOS A mayor tamaño de fragmentos mayor diámetro A mayor movilidad del material mayor esbeltez La movilidad de las partículas depende de: • Tamaño de partículas • Forma de partículas • Rugosidad de superficie • Ángulo de fricción interno • Densidad • Tasa de extracción • Propiedades del material (humedad, resistencia) • Efectos lubricantes FORMA de ELIPSOIDES vs MOVILIDAD
  • 68. 68 • DTA vs MRMR •Tiraje Interactivo • Altura de Interacción • Modelo Volumétrico de Dilución FLUJO GRAVITACIONAL Según: DennisDennis LaubscherLaubscher Rockmass class 5 4 3 2/1 ff/m 50 - 7 20 - 1.5 5 - 0.4 1.5 - 0.2 Rock size m 0.01 - 0.3 0.1 - 2.0 0.4 - 5.0 1.5 - 9.0+ % +2m³ 0 1 - 5 6 - 20 21 - 45 Loading width Isolated drawzone diameter 5m = 11.5m 13m 4m = 9m 11m 12.5m 3m = 6.5m 8.5m 10.5m 12m 2m = 6m 8m 10m Diámetro Aislado (Laubscher)
  • 69. 69 DIÁMETRO DE TIRAJE AISLADO Isolated Draw Zone (IDZ) % +2m³ 0 1 - 5 6 - 20 21 - 45 Loading width Tiraje irregular (Aislado)
  • 70. 70 Tiraje regular puntos alejados Tiraje Regular Dist. Puntos < 1,5 DTA
  • 71. 71 Mecanismo de Flujo Granular Aislado Concurrente Flujo gravitacional Min. Grueso (Vacíos Propagados - Gustafsson) Aislado Concurrente
  • 73. 73 Cálculo ley y recuperación (20%) Ley mineral = 2%, ley Esteril = 0,5%: A 125% de tiraje ley cierre = 1%: % dilución = 30% Recuperación = 90%: Ley media = 1,6%
  • 74. 74 Cálculo ley y recuperación (60%) Ley mineral = 2%, ley Esteril = 0,5%: A 115% de tiraje ley cierre = 1%: % dilución = 17% Recuperación = 94%: Ley media = 1,8% FLUJO GRAVITACIONAL Según Estudios Recientes: ICS e IM2 • El tiraje es siempre aislado • Por lo tanto no existe tal zona de interacción • Se distinguen 2 zonas: Extracción y Movimiento • La razón de excentricidad se mantiene constante Estudios experimentales a escala y conEstudios experimentales a escala y con modelosmodelos computacionlescomputacionles realizados enrealizados en JKMRC,JKMRC, ItascaItasca e IM2 indican que:e IM2 indican que:
  • 75. 75 dd hh MaterialMaterial extraextraíídodo Zona deZona de extracciextraccióónn Zona deZona de movimientomovimiento El diámetro “d” es directamente proporcional a tamaño medio de los fragmentos hasta un cierto límite. La excentricidad h/d es inversamente proporcional al tamaño de fragmentos. En material grueso (tamaño medio entre 0,4m y 0,6m) la razón de excentricidad es del orden de 3 y en materiales finos (entre 0,15m a 0,21m) sería del orden de 5. Conceptos de flujo gravitacional ¿Qué vamos a hacer sin Laubscher? Criterios de Diseño Convencional AP AP+TT AP+TT+MC Caracterización Laubscher (MRMR) Geosísmica (Tomogr) Geomecánica Secuenciamiento Compatible con Ab. Stress En Sombra sin Ab. Stress Orientación Fracturas y Estructuras Estabilidad General Fragmentación BCF, Size, Otros? Hundibilidad Laubscher (MRMR) Altura Columna Malla Laubscher (MRMR) Dilución Laubscher (DE%) Estabilidad Razón de excavación Pilares Reforzados Tasa Extracción Prop. Antisísmica Tasa Extracción Régimen Por Regularidad y M/M Pilares Reforzados +Pilares no dañados Antisísmica + Control Conexión y Monitoreo Por M/M + PL Corto Plazo Laubscher+nueva ff? + Modelo G Flores? Laubscher + nueva ff? + Otros JKMRC-IM2? + GCPMS? Laubscher (DE%)? + Flujo no Interactivo + Dinámica Probabilistica Razón de excavación Laubscher+nueva ff? + Modelo G Flores? Laubscher + nueva ff? Tomografía Alta Resolución Esfuerzos Indices de Colgadura y Reducción Secundaria? Nuevos redirecciontado AP? Nuevos redirecciontado AP? Orientación y forma de frentes Dimensiones de frentes
  • 76. 76 ACONDICIONAMIENTO DE MACISOS ROCOSOS Una oportunidad … que todavía está en evaluación ACONDICIONAR CONCEPTO
  • 77. 77 Agregar fracturas a la roca in situAgregar fracturas a la roca in situ para mejor fragmentar, hundir opara mejor fragmentar, hundir o lixiviarlixiviar PROPÓSITO Fracturamiento HidrFracturamiento Hidrááulicoulico Tronadura ConfinadaTronadura Confinada TECNOLOGÍAS DE ACONDICIONAMIENTO
  • 78. 78 PRUEBA DE FRACTURAMIENTO LOCAL PRUEBA DE BOMBEO OPTICAL & ACOUSTIC SCANNING FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO PiezoelectricSource HydrophoneArray Hydraulic Fracture shot 21 shot 25 shot 31 shot 36 12 11 10 09 08 07 9 hydrophone number 987 121110 Time(mseg) 15 14 13 12 11 10 16 shot 21 shot 36 shot 31 shot 25 P-Wave Travel Time Shot Without Hyd.Fractures Shot With Hyd.Fractures 51 meter 80meter seismic ray Hole HF01Hole M9 CONTROL GEOFÍSICO (Sísmico)
  • 79. 79 ANTES DEL FH DESPUES DEL FH TOMOGRAFÍA SÍSMICA Evidencia de fractura hidráulica Fractura Hidráulica
  • 80. 80 Esfuerzos de Tracción a 24 m del Collar de la Perforación vista tridimensional con planos que contienen la distribución de esfuerzo a distintas profundidades TRONADURA CONFINADA Tronadura con Cara Libre Esfuerzos + - compresión tracción - + - compresión El concepto
  • 81. 81 0 m 10 m 20 m 30 m Vp = 5000 m/s 2 ms 4 ms 6 ms σ Resistencia a la compresión Resistencia a la tracción Pulso de Tronadura 0 m 10 m 20 m 30 m Vp = 5000 m/s 6 ms σ Resistencia a la compresión Resistencia a la tracción 2 ms 4 ms Principio de acoplamiento de ondas
  • 82. 82 Detonadores pirotécnicosDetonadores electrónicos Control de TiemposControl de Tiempos L ?L ? Principio de SuperposiciPrincipio de Superposicióónn •Dimensionar separación y tiempos de salida Modelar el medio Modelar las ondas
  • 83. 83 Principio de InteracciPrincipio de Interaccióónn •Dimensionar el Espaciamiento entre tiros Modelo 3D del medio rocoso Solución numérica por aproximaciones sucesivas E ? ¿DE DONDE VIENE EL FINO? Las teorías de tronadura y hundimiento sólo explican la fragmentación a partir de la existencia de fracturas, sin embargo … ello no explica la presencia de tanto fino
  • 84. 84 SENCILLOSENCILLO EXPERIMENTOEXPERIMENTO ¿¿QuQuéé le parece?le parece? EFECTO DEL FINO EN EL FLUJO GRAVITACIONAL SIN FINO NO ES POSIBLE ELSIN FINO NO ES POSIBLE EL ESCURRIMIENTO GRAVITACIONALESCURRIMIENTO GRAVITACIONAL DEL MATERIAL FRAGMENTADODEL MATERIAL FRAGMENTADO EFECTO FINO
  • 85. 85 TENDENCIAS El futuro es subterráneo … aunque tome un tiempo MACIZO POCO FRACTURADO • SISMICIDAD • COLPAS • COLGADURAS y CACHORREO EXTRACCIÓN MECANIZADA INTERMITENTE • BALDADA + TRASLADO • REDUCCIÓN SECUNDARIA INFRAESTRUCTURA DE GRAN TAMAÑO • FORTIFICACIÓN • REPARACIÓN fracturar hundir macizo compacto macizo fracturado Descolgar y extraer mineral fragmentado MINERÍA CONVENCIONAL EN MINERAL POCO FRACTURADO
  • 86. 86 REDUCCIÓN • Piques • Martillos • Chancadores TRANSPORTE MINERAL GRUESO • FFCC • Camiones pique intermedio Principal pique pique TRANSPORTE EN MINERAL GRUESO ¿Y si modifico la roca …ahh? fracturar hundir macizo compacto macizo fracturado Descolgar y extraer mineral fragmentado QUIEBRE TECNOLÓGICO Nº1
  • 87. 87 ¿Y si transporto a tamaño final …ahh? pique intermedio Principal pique pique QUIEBRE TECNOLÓGICO Nº2 Fracturar Hundir macizo compacto macizo fracturado Extraer intermedio Principal mineral fragmentado ¿Y si saco simultáneamente …ahh? QUIEBRE TECNOLÓGICO Nº3
  • 88. 88 Galería de zanjas: - Equipos extractores estacionarios en puntos de extracción Calle producción: - Transportador continuo Chancador Pique de traspaso Galería de servicios MÓDULO DE MINERÍA CONTINUA AVANCE EN LA DIMENSIÓN TECNOLÓGICA Evolución Tasa Extraccción Método de Hundimiento 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 años t/m2día MC Teórica Acondicionamiento MC posible