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OPEN PIT MINING MODULO I Planificación y Diseño de Minas de Rajo Abierto Tadeusz S. Golosinski, Ph.D., P.Eng.
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SU PROFESOR Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. Filosofía: •
Ustedes están aquí para aprender; su profesor está para facilitar su propio aprendizaje.
Un proverbio chino: •
Puedes P d llllevar ttu caballo b ll all agua pero no llo puedes d obligar a beber.
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BACKGROUND Antecedentes académicos University of Alberta Alberta, Canada Canada. • Western Australian School of Mines, Aus. • University of Missouri-Rolla, USA. Carrera industrial • Supt General, Ing. de Mina, El Cerrejon, Col. • Principal P i i l Mi Mining i E Engineer, i Fl Fluor D Daniels, i l USA USA. • Senior Engineer: Suncor and SCL, Cdn. Otros …. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. -
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IDIOMA … “Shaft: … excavación vertical o inclinada ejecutada en la roca con la finalidad de permitir el acceso a un yacimiento o t llos niveles i l d l t ió ….”” conectar de explotación Pozo de mina Ch, Pe: Mx: Co: Es:
Pique Tiro de la mina Clavada chimenea Clavada, Pozo
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BIBLIOGRAFIA Hustrulid (ed.) 1992. SME Mining Engineering Handbook Societyy for Mining, g Metallurgy gy and Exploration, p Littleton, Colorado, EE.UU. www.smenet.org Hustrulid and Kuchta. Open Pit Mine Planning and Design A.A. Balkema, Rotterdam. Infomine: www.infomine.com Otros.
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SME: Society for Mining, Metallurgy & Exploration www.smenet.org Membership. M b hi Librería Online. Foros. Eventos. Annual General Meeting.
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¿IDIOMA?
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1 - 1. Introducción
Tipos de minería Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. -
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Contenidos
Introducción: 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 TAJO ABIERTO
… no es el único tipo de minería de superficie.
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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Es muy importante saber las propiedades del material extraído: • 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 La masa (peso) por unidad de volumen de material: Entre más denso el material, más peso existe por igual unidad de volumen. La densidad del material minado varía mucho: Mena de hierro in-situ @ 6,000 lbs/BCY o 3 t/Bm3 Carbón in-situ @ 1,800 lbs/BCY or 1 t/Bm3 Fuentes de información: Medidas del terreno. Libros sólo para estimaciones crudas.
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MATERIAL ESPONJADO Cuando se quiebra, el material se esponja. El esponjamiento resulta de la baja densidad del material minado (suelto). NOTA: La Densidad suelta es siempre menor a la densidad in-situ. El Esponjamiento depende del material y del tamaño (qué tan bien roto está). De dónde sacar los valores: Medidas en terreno. Usar libros para estimaciones crudas. Esponjamiento típico: de 15% (arena) a 50% (algunas rocas). Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. -
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NOTEN ESTO: Al describir el Volumen de material. Siempre especificar: suelto o de banco (in-situ) Yardas cúbicas de material suelto, LCY Yardas cúbicas de banco, BCY Metros cúbicos de material suelto, LCM or lm3 Metros cúbicos de banco, BCM or bm3
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FACTOR DE ESPONJAMIENTO (SF) Define el cambio de Densidad o Volumen cuando el material se quiebra (o fragmenta). Se define de 2 formas: Basado en el cambio de Densidad por unidad de volumen; así SF<1 (EE.UU., Caterpillar); Basado en el cambio de Volumen por unidad de masa; así SF>1 (Europeos). ¿De dónde obtener los valores?. ¿Medidas en terreno? ¿Libros?.
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“LOAD FACTOR” 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 SF = 1 / (1 + % Esponjamiento) Para 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 SF = (1 + % Esponjamiento) Para 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 El volumen de descarga de una mina (LCY) es MAYOR que el rajo excavado (BCY): Conocer el Esponjamiento para planificar y diseñar apropiadamente las zonas de descargas, botaderos, etc. Conocer el Esponjamiento para planificar y diseñar las pilas (stockpiles) de material. El volumen l d dell material t i l ttransportado t d es mayor ttanto t que ell excavado como del descargado. Conocer el Esponjamiento para poder estimar apropiadamente el tamaño de los equipos de extracción.
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EJEMPLO
Nota Final: Comas vs. puntos US$1,000,000.00 = $1.000.000,00
Si explota 1 millón de toneladas de mineral a 2.5 T/bm3 (bcm) • ¿ ¿Cuál será el tamaño del hoyo y en la tierra? 1,0/2,5 = 0,4 x 1.000.000 = 400.000 bm3 Si lo ubica en un “stockpile” • ¿Cuál será el volumen del stockpile? 400.000 bm3 x 1,35 = 540.000 lm3
Si necesita transportarlo en camiones (capacidad del camión es 100 cy y 150 t) • ¿Cuántos camiones cargará?
540.000/100 = 5.400; 1.000.000/150t = 6.667 Nota: camiones son muy largas y deben ser modificadas
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ANGULO DE REPOSO •
La propiedad del material suelto que se relaciona con su cohesión.
•
Define el ángulo natural de apilamiento si el material es amontonado.
•
No es el ángulo de pendiente del Pit, exceptuando cuando la pendiente es excavada en material suelto.
•
Es el ángulo de pendiente de Botaderos y Pilas (Stockpile).
•
Donde obtener los valores: •
Mediciones in situ.
•
Libros para cálculos crudos.
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SURCHARGE ANGLE (ángulo de reposo dinámico) Menor que el ángulo de reposo. Se aplica en materiales que son movidos en camiones o correas transportadoras.
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13 25 Very Free Flowing 1*
Free Flowing 2*
5º Angle of Surcharge
10º Angle of Surcharge
10º
5º
0º-19º Angle of Repose
20º-29º Angle of Repose
Average Flowing 3* 20º Angle of Surcharge
25º Angle of Surcharge
20º
30º-34º Angle of Repose
Sluggish 4* 30º Angle of Surcharge
25º
30º
35º-39º Angle of Repose
40º-Up Angle of Repose
Material Characteristics U if Uniform size, i very small rounded particles, either very wet or very dry, such as dry silica sand, cement, wet concrete, etc.
Rounded, dry polished particles, of medium weight, such as whole grain and beans.
Irregular, granular or lumpy materials of medium weight, such as anthracite coal, cottonseed meal, clay, etc.
Typical common materials such as, bituminous coal, stone, most ores, etc.
IIrregular, l stringy, fibrous, interlocking material, such as wood chips, bagasse, tempered, foundry sand, etc.
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FACTOR DE LLENADO Raramente se carga el equipo a su capacidad nominal: Carguío/arrastre del equipo calzan. Propiedades p del material: Angulo g de reposo/sobrecarga. Fuerzas de hundimiento, fragmentación del material y similares. El factor de llenado necesita ser definido para cada trabajo y para cada material. Valores típicos: Estudios de trabajos in-situ. Libros sólo para estimaciones preliminares. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. -
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FACTORES DE LLENADO TIPICOS Material suelto Aridos húmedos mezclados. Aridos uniformes hasta de 3 mm (1/8). 3 mm ‐ 9 mm (1/8’’ – 3/8’’) 12 mm – 20 mm (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, raíces. Materiales cementados. Materiales cementados.
Factor de llenado 95 – 100% 95 – 100 90 – 95 85 – 90 85 85 – 90 80 – 95% 75 – 90 60 – 75 100 – 120% 100 – 110 80 – 100 85 95 85 ‐ 95
NOTA: Los factores de llenado del cucharón del cargador pueden ser afectados por la penetración del cucharón, la fuerza de desprendimiento, el ángulo de inclinación hacia atrás, el perfil del cucharón y las herramientas de corte tales como los dientes del cucharón o cuchillas impermeables reemplazables. NOTA: Para obtener los factores de llenado de cucharones de excavadoras hidráulicas vea la carga útil de los cucharones en la sección de excavadores. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. -
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LA MADRE DE TODAS LAS AFIRMACIONES “Conoce las propiedades del material que estas extrayendo...”
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MAS CONCEPTOS BASICOS DE MINERIA
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DEFINICION DE MINERALIZACION
¿Cómo sabemos que hay mineralización? ¿Cómo definimos sus propiedades?
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16 31
¿QUE ES SEGURO?
DDH1 DDH2
DDH3
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INTERPRETACION GEOLOGICA
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17 33
¿RESERVA? ¿RECURSO? ¿MINERAL? ¿MINA? En Inglés hay diferencia entre: • Mineral (el Mineral) Es el material que contiene mineralización ( 0.1% Cu, o 0.5% Cu o otro %) • Ore (la Mena) Es mineralización que puede ser explotada con rentabilidad económica. También se diferencia entre: • Prospect (Yacimiento) Un lugar donde la explotación puede ser o no rentable. • Mine Mi (Mina) (Mi ) Donde D d lla explotación l t ió es rentable t bl económicamente.
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OTROS CONCEPTOS BASICOS: DILUCION Y RECUPERACION
Dilution
Mining Bench
Ore Lost
Mining Bench
Ore Lost
Dilution Ore Zone
Ore dilution and losses caused by mismatch between the mining geometry and the ore geometry.
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DILUCION Razones: • Mínimo tamaño de extracción (costo vs. espacio) • Irregularidad del cuerpo mineralizado. • Malas prácticas mineras (negligencia?) • 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 del cuerpo mineralizado. mineralizado • Estabilidad de la roca. Cómo estimarlo: • ¿Experiencia de operaciones similares? Incluir la Dilución y Recuperación en estimaciones. Mantener comunicación con: • Geólogos. • Metalurgistas.
todas
las
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19 37
¿QUIEN DICE QUE Y QUIEN ESTA EN LO CORRECTO?
Geólogos 1000t ley 1,2% Cu
vs.
?
Metalurgistas
vs. ing. de Minas 1100 t @ 0 0,9% 9% C Cu
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COMPORTAMIENTO 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 Cu PROMEDIO MINA-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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LA NECESIDAD DE OPTIMIZAR Maximizar la Recuperación: ¿siempre? • Vs. costo de extracción. • Buscar el óptimo. Minimizar la Dilución: ¿siempre? • Extracción, transporte y procesamiento de lastre. Capacidad de los sistemas: pérdida de la oportunidad. Vs. Vs Costo de extracción extracción. • Buscar el óptimo.
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OTRAS “MADRES DE TODAS LAS AFIRMACIONES” “Realizamos la minería para ganar dinero”
No por diversión, por el bien de la humanidad ni como servicio a la sociedad …
“No realizamos la minería si no ganamos dinero”
A menos que …..
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SITUACIONES EXCEPCIONALES … Sea posible Crear las condiciones para generar ganancias en el futuro. Cumplir con la ley y las regulaciones. Calificar a subsidios que hacen a la minería rentable. Realizar la minería cuesta dinero. Para generar ganancias, podríamos depositarlo en el banco. Para que la minería sea factible, debe otorgar mayores ganancias.
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El Razón E/M (STRIPPIING RATIO)
Conceptos Básicos de Minería
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¿QUE ES ‘STRIPPING RATIO’? (RAZON ESTERIL/MINERAL)
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Mide la profundidad del depósito relativa P: ¿Qué tan importante es la profundidad en minería abierta? •
Considere Chuquicamata a 1000 m de profundidad, E/M = 0.5
•
Considere cantera cerca de Lima, a 25 m de profundidad, E/M = 0.5
j abierto el estéril tiene q que ser sacado p para sacar En Minería a rajo el mineral . E/M mide cuánto estéril necesitamos remover para que una unidad de mineral/carbón sea explotada (una “profundidad relativa”)
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“CANTIDAD” - ¿QUE ES LA CANTIDAD? Depende….. Los mineros del carbón miden el estéril en BCM , o bcy, y el carbón en toneladas cortas (tons). (tons) •
Por esto en la minería del carbón la razón estéril/mineral se mide como los BCM de estéril que se deben sacar para obtener una tonelada de carbón.
•
Otras aplicaciones: otros depósitos estratificados.
Otros mineros miden tanto el estéril como el mineral en tons. Por lo que la definición de estéril/mineral cambia. •
Así la razón estéril/mineral es la cantidad de toneladas de estéril que se necesitan remover para sacar una tonelada de mineral.
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MAS COMPLICACIONES…. Las unidades que se usan difieren entre países. Muchos países usan sus propias unidades para definir la razón estéril /mineral /mineral. •
Consideremos carbón: BCM/long tons. Qué es una ‘tonelada larga’? Algunos carbones y mineral de hierro son tranzados en toneladas largas.
Consideremos Bingham Canyon: tons / tons. Consideremos C id Rh i b Rheinbraun: BCM/ ttones. ¿Chuquicamata?
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EJERCICIO Dando: • Densidad de la mena (in situ) de 3 [t/m3] • Densidad de estéril de 3 [t/m3] • Razón E/M de 3 [t/t] Cuál es la razón E/M: • En minería EE.UU.: [bcy/T corta]? Si la razón E/M es 7 [bcm/T] • Cuál sería la mismo razón en Peru: [bm3/t]? Asumimos : estéril 2,5 [t/m3] carbón 1,0 [ t/m3]
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Mina subterránea Mina de superficie ¿Cual C l es mejor j y cuando? d ?
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¿QUE TIPO DE MINERIA? Minería de cielo abierto Es más barata de minería subterránea.
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50 Underground After Hartman
12 million tpy
150
250 Interest Underground Underground
50
Surface
100
Initial Investment
Developmentdrifting
Auxiliary
Surface Haulage
Surface
Haulage Loading Loading Blasting Blasting 0
Drilling
Capital
150
100
Initial Investment
50
Index cost/ton
Interest Index cost/ton
Index cost/ton
Roof support Road Maintenance Service Misc. Auxiliary
200
25 million tpy
Ventilaiton
100
Drilling 0
25 million tpy
12 million tpy Interest
Interest Initial investment
Initial investment
Mobile eqpt.
Mobile eqpt.
50
Mobile eqpt.
Capital
Operating costs
Operating costs
Mobile eqpt. 0
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¿POR QUE LA DIFERENCIA? Equipos más pequeños (excavation envelope) Menor M productividad d ti id d Equipos más especializados Más caros y más mantención Altos costos fijos Desarrollos caros, servicios Más …..
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MAS DIFERENCIAS: Operaciones unitarias adicionales: • Soporte de techos, ventilación, otros. Consideraciones de seguridad: • Comparar tasas de accidentes. Programa de producción inflexible: • Difícil de cambiar, caro y consume tiempo p en desarrollo.
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27 53
COSTOS RELATIVOS DE LOS METODOS (Adapted from Hartman, 1987) Surface Mining Dredging Stripping Open pit mining Quarrying (dimensional stone)
Relative Cost (%) <5 5 10 15 100
Underground Mining Block caving, longwall mining Room and Pillar Cut and fill Square set
20 30 60 100
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REFERENCIAS (COSTOS) 1. General: 1. Bruce Cavender. 1999. Mineral Production Costs. SME, Littleton, CO. 2. Philip Crowson. 1998. Inside Mining. Mining Journal Books Ltd., London. 3. Consultores. 2. Fuentes de datos: 1. SME Mining Engineering Handbook. 2 Equipment Performance Handbooks. 2. Handbooks 3. Otras publicaciones SME. Cont….
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UN BREVE RESUMEN
Minería a Rajo Abierto es más barato: •
Minería a Rajo Abierto requiere (a menudo) remover estéril: •
El removido de estéril cuesta dinero y reduce las ganancias.
El punto de quiebre existe en el cual ambos Subt. & Minería a Rajo Abierto tienen la misma ganancia (pérdida): •
Puede resultar en mayores ganancias, pero……
¿Recuerda la “Madre” de los Principios?
E/M permite encontrar este punto de “Quiebre”
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“QUIEBRE” E/M (BESR)
Define punto deseado de cambio Rajo Abierto a Subterránea. Ocurre cuando toda la plata ahorrada por minería a rajo abierto, a diferencia de Min. Subterranea, es gastado para remover estéril. BESR = (UCUM - UCSM) / UCWR UCUM – Costo unitario de minería subterránea. UCSM - Costo unitario de minería a rajo abierto. UCWR - Costo unitario de remover estéril.
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¿RAJO ABIERTO O SUBTERRANEA? La respuesta: Cambiar a minería subterránea si tu actual razón E/M es mayor que BESR
¿Siempre?
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CAMBIO A MINERIA SUBTERRANEA
Puede que no sea económicamente viable: •
Considerar el valor de la mena.
Mayor gasto/esfuerzo es requerido para cambiar: •
Mayor gasto de capital: ¿Cómo manejamos esto?
•
¿Hay suficiente mineral para pagar el cambio?
•
¿Tenemos experiencia en Minería Subterránea?
•
¿Hay otras oportunidades para hacer más $$?
La decisión puede no ser ir a minería subt. a pesar que sea rentable.
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30 59
Meters feet 0
0
1 10 m
100
330
150
500
200
660
250
825
2 4
3
Different 45º open-pit ORE alternatives
Hoisting shafts
Etapa 1: Superficie 500
Ore-pass Stage 2: Underground Main haulage level
1650
Chrushers
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Production plant
Headframe
Settling pond Tailings
Skip
SR
Ventilation shaft
Open pit (mined out) (mined out)
Decline
BESR Abandoned level
Mined out and backfilled
Ore pass
Sublevel Producing stopes p
Main level Haulage level
Development of stopes
Internal ramp
Cage
C h Crusher
Workshop fuelling storage
Ore bin
Measuring pocket
SR>BESR Water basin
Pump station Conveyor belt
Ore Exploration
Skip
Skip filling station Sump
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Future reserves?
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PUNTO DE QUIEBRE: DISCUTAMOS Costos de Explotación – ¡Lo controlas! • Diferencias relativas entre subterránea y a rajo abierto. • Diferencias relativas entre mineral, estéril. Económicamente decidida por: • Geología del Depósito. Compare: Mina Escondida, Chile vs. a cantera de Santiago. Eficiencia y Efectividad de los métodos mineros mineros. • Consideraciones económicas: Tasas de Interés, tasas de descuento, otros. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. -
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Métodos de Minería (superficie) Tipos y aplicaciones
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MINERIA A CIELO ABIERTO
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Metidos de Minería de Superficie Explotación minera de aluvial. Minería a cielo abierto / tajo abierto. Explotación en Franjas. Canteras. Otras.
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1 – 1.2 Minería Aluvial (Placer Mining) Encuadramiento. Encuadramiento Riego. Hydraulicking. Dragado.
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ENCUADRAMIENTO Simple equipamiento. Sólo depósitos aluviales no consolidados. Sólo minería en pequeña escala. Oro grueso/mineral pesado, mucho más pesado que estéril. Probables problemas de suministro, contaminación ó y disposición de agua.
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HYDRAULICKING Over‐ burden
Hydraulic giant
Sluice
Wing boards
Water
Bedrock Long section
Pay streak
Depósitos y relaves aluviales no consolidados. Sólo minería a pequeña escala. Muy barata y eficiente, cuando es posible. Probables problemas de suministro, contaminación y disposición de agua.
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DRAGADO Digger truss assembly Hopper Trammel
Stacker
Fine Material Coarse Material
Sluices
Bank
Pump
Overburden
Water level Pivot spud or anchor
Fine Material
Water Pay streak
Bedrock Long section of bucket‐type floating dredge and dredge pond (only essential Features of digging, washing and stacking parts of dredghe are shown)
Comúnmente combina minería, procesamiento y disposición de relaves.
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DRAGADO EN ESCALERA
Stacker conveyor
Gantry Processing
(Coarse) Waste (Fines)
Tail sluice Placer bank
Pond
Bucket ladder Spud
Scale 0
50 10
0
50ft 10m
Operando un dragado en escalón. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. -
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APLICACIONES DEL DRAGADO DE ESCALERA Depósitos aluviales no consolidados. Disponibilidad de suministro de agua. Fácil control de contaminación del agua con tierra. Capacidad para pre-procesar el mineral en el dragado. Puede requerir la construcción de un estanque o una “tira” tira .
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DRAGADO POR SUCCION
Hopper Compartment Overflow System
Sólo material/mineral suelto y de libre flujo. Dr. Tadeus(z) S. Golosinski, P.Eng. -
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