BLOCK CAVING
BLOCK CAVING
CAMPO DE APLICACIÓN • Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos y de bajas leyes. • Usualmente, la producción está en un rango de 10.000 ton a 100.000 ton por día. • Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción y cualquiera que sean las características de la roca encajadora.
CAMPO DE APLICACIÓN 1.- Geometría Forma: Tabular - Masivo Potencia: Grande Buzamiento > 70º Tamaño: Grande Regularidad: media - alta 2.- Geotecnia Resistencia (Techo) < 50 MPa Resistencia (Mena) < 50 MPa Fracturación (Techo): Alta Fracturación (Mena): Alta Campo Tensional In-situ: Prof < 1000m Comportamiento: Elástico
PREPARACIÓN • La preparación básica del método se hace considerando la división del área en bloques cuadrados o rectangulares cuya dimensión mínima se relaciona con la hundibilidad de la roca y la máxima se diseña en función de parámetros operacionales y económicos. En este tipo de diseño deberán crearse barreras o pilares entre bloques hundidos para minimizar la dilución. • Una vez dividido el yacimiento en bloques, el resto de la preparación depende del sistema que se utilice para la explotación. Al respecto existen tres sistemas básicos bien definidos: – Con flujo gravitacional puro (Parrillas) – Con flujo gravitacional y sistema slusher – Con equipos LHD
BLOCK CAVING CON PARRILLAS
BLOCK CAVING CON SLUSHER
BLOCK CAVING CON LHD
PRODUCCIÓN • Antes de iniciar la producción, se deben ejecutar las tronaduras de hundimiento y creación de zanjas.
PANEL CAVING
PANEL CAVING
PANEL CAVING EN TENIENTE
TIPOS DE PC • Hundimiento Tradicional (zanja adelantada) • Hundimiento Avanzado • Hundimiento Previo (en zonas donde aún no hay calles de producción) • Hundimiento con Forzamiento
Hundibilidad • El problema es usualmente definir el área mínima de hundimiento, es decir, predecir la geometría del hundimiento representada como radio hidráulico, que se requiere para iniciar el proceso de caving del macizo rocoso dado un conjunto estimado de propiedades geotécnicas. • Depende de: – – – – – –
Orientación de las estructuras, espaciamiento y persistencia. Estructuras mayores (ejemplo: fallas, diques) Esfuerzos in-situ y los esfuerzos inducidos por la excavación. Resistencia de discontinuidades y macizo rocoso. Geometría del hundimiento. Desconfinamiento, slot, o acondicionamiento del macizo rocoso.
Hundibilidad • Se utilizan los mismos parámetros que para el análisis de Caserones
Inca Oeste
Hundibilidad •
Gráfico de Estabilidad Extendido de Mathews
Diseño de Infraestructura • La infraestructura interior mina depende del Sistema de Explotación y del tamaño de las Unidades de Explotación. • Las dimensiones de las labores que conforman la infraestructura interior mina depende de: – – – –
Calidad del macizo rocoso Los equipos utilizados La capacidad requerida del sistema El grado de sostenimiento
Diseño de Infraestructura • Las principales labores mineras, ya sean permanentes o temporales, son: – – – – – – – – – – –
Galerías Cruzados Piques de traspaso Embudos, zanjas o bateas Silos Estaciones de chancado Chimeneas de ventilación Áreas de múltiples usos (oficinas, talleres, comedores, etc) Chimeneas de cara libre Rampas Piques de acceso
Diseño de Infraestructura • Para el diseño de labores subterráneas deben utilizarse varios métodos, tanto empíricos como numéricos. • Para elegir un criterio, el ingeniero debe establecer previamente el modo de falla. • Cuando se trata de fallamientos controlados por estructuras, los métodos empíricos son bastante adecuados. • Cuando se trata de fallamiento por esfuerzos, los métodos numéricos son más adecuados (elementos finitos, entre otros).
Diseño de Infraestructura En el caso de vetas, las labores se orientan según la orientación de las unidades de explotación. En el caso de yacimientos masivos o mantos, las labores se orientan según el máximo esfuerzo y la orientación de Discontinuidades principales.
Diseño de Infraestructura
Diseño de Infraestructura
Diseño de Infraestructura
Diseño de Infraestructura Uno de los mejores métodos para realizar esta tarea es el de Barton and Grimstad. El sistema Q clasifica el macizo rocoso y propone el sostenimiento más adecuado.
Diseño en Panel Caving • El diseño de la infraestructura principal para este método, considera los siguientes pasos: – Determinación del diámetro del elipsoide de extracción. – Selección de la configuración de elipsoides – Diseño de Malla de Extracción (calles, cruzados y zanjas en planta) – Diseño de los niveles de producción y hundimiento en perfil vertical. 4m
17m
Major Next Apex 18 m Drawbell 45o
34m
Diámetro Elipsoide de Extracción • Para determinar este diámetro se pueden seguir los siguientes pasos: – Definir la calidad del macizo rocoso – Establecer la granulometría promedio producto del hundimiento – Determinar el mínimo y máximo espaciamiento entre puntos de extracción – Determinar altura de interacción – Determinar diámetro del elipsoide de extracción teórico y real.
Diámetro Elipsoide de Extracción • Se define la calidad del macizo rocoso de acuerdo al modelo de Laubscher (MRMR) Clasificación MRMR Calidad del Macizo Muy mala Mala Regular Buena Muy Buena
Clase 5 4 3 2 1
MRMR 0-2 21 - 40 41 - 60 61 - 80 81 - 100
Diámetro Elipsoide de Extracción Tiraje Aislado (Kvapil)
Diámetro Elipsoide de Extracción
Kvapil, 2004
Diámetro Elipsoide de Extracción Tiraje Múltiple (Interactivo)
Si dos o más elipsoides se sobreponen (sus ejes verticales se encuentran a una distancia menor que sus diámetros), se formará una única zona de mayor diámetro que el de los respectivos puntos de extracción
Diámetro Elipsoide de Extracción Una vez que el material alcanza la zona de interacción, parte de este aparece en el apex menor, tras extraer no más de un 20% de la altura de esa zona • Cuando el tiraje es simultáneo y el espaciamiento entre puntos no supera los 1,5 veces el diámetro de los elipsoides, puede extraerse todo el material. • El material extraído por un punto puede provenir de elipsoides contiguos. • La altura de la zona de interacción depende del espaciamiento entre puntos y de la calidad de la roca
Zona Interacción
Diámetro Elipsoide de Extracción A lo largo de una zanja, los elipsoides se interceptan a una altura h (zona de interacción).
Diámetro Elipsoide de Extracción
Laubscher (2000)
Diámetro Elipsoide de Extracción Relación entre la clasificación de Laubscher, la frecuencia de fracturas, la granulometría promedio, la forma del elipsoide y la movilidad de las partículas.
Diámetro Elipsoide de Extracción Algunas conclusiones • • • • • •
•
La principal variable que controla la geometría de las zonas de desprendimiento y extracción es el volumen extraído. La altura del elipsoide de desprendimiento crece rápidamente al inicio de la extracción, para luego decrecer a una tendencia casi lineal. La granulometría influye en la geometría de los elipsoides. El tamaño del punto de extracción influye en la geometría del elipsoide de extracción (variación de la excentricidad) La distancia entre puntos de extracción no debe superar los 1,5 veces el diámetro del elipsoide. La velocidad del flujo depende de la razón entre el tamaño del punto de extracción y el tamaño de las partículas, del ritmo de extracción y de la posición en la cual se encuentre la partícula respecto del punto de extracción. No se producen colgaduras cuando la razón entre el tamaño del punto de extracción y el tamaño máximo de partícula es igual o superior a 4.
Diámetro Elipsoide de Extracción • Determinar granulometría promedio o porcentaje de tipos granulométricos.
Cumulative Volume Percent Less Than
100
80
60
GRSBC Kucing Liar DOZ Fos-Mag DOZ Diorite Palabora Less Fractured Palabora Well Fragmented Bingham Coarse Bingham Fine Argyle MLZ Overall
40
20
0 0.001
0.01
0.1
1 Block Volume (m3)
10
100
Comparison of primary fragmentation from different deposits around the world
1000
Diámetro Elipsoide de Extracción • El siguiente ábaco entrega los espaciamientos (S) teóricos máximo y mínimo entre los puntos de extracción.
Diámetro Elipsoide de Extracción •
Determinación de Altura de Interacción para materiales preferentemente finos a medios.
MAXIMUM
Laubscher
Diámetro Elipsoide de Extracción • Ancho teórico del elipsoide de extracción
Altura de Interacción
Kvapil
Diámetro Elipsoide de Extracción • Ancho del Punto de extracción Tipo I: % material grueso Tipo II: % material intermedio Tipo III: % material fino (grava) Tipo IV: % material muy fino (arcilla)
a >=
( 5D ) 2 k
D= tamaño medio de partícula de material grueso K= factor de flujo (Kvapil)
Diámetro Elipsoide de Extracción • Diámetro real del elipsoide de extracción
W’: ancho teórico del elipsoide de extracción a: ancho del punto de extracción
WT ≈ W '+ a − 1,8 Kvapil, 1992
Diámetro Elipsoide de Extracción
Diámetro Elipsoide de Extracción Ejemplo Existe un yacimiento con 3 tipos de masas rocosas claramente definidas y cuyas clasificaciones son: • Tipo de roca A: RMRLaubscher= 23 Rango: 21 – 40 Clase: 4 • Tipo de roca B: RMRLaubscher= 35 Rango: 21 – 40 Clase: 4 • Tipo de roca C: RMRLaubscher= 48 Rango: 41 – 60 Clase: 3
Tamaño promedio de partícula es 1,2 m Granulometría del material: • Tamaño Grande: 40% (Roca angulosa) • Tamaño Medio: 35% • Tamaño Fino: 23% • Tamaño Muy Fino: 2%
Determinar el radio real del elipsoide de extracción
Diámetro Elipsoide de Extracción •
Solución – – – – –
Clasificación mayor de roca es 3; ancho de carguío es 4 S=20m y s=11m RMRmax= 48; Rango Rating: 48 – 23 = 25; S = 20 HIZ = 48 m HIZ = 48; zona media curva kvapil; W’ = 21m Por granulometría de material k = 0,9 D = 1,2 m; k = 0,9 a >= ( 5 D ) 2 k = 5,7m
Se tienen dos anchos de extracción: a = 4m y a = 5,7m. Esta metodología no fue creada para gran porcentaje de material grande (sobre 0,8 m de diámetro promedio de partícula). Por lo tanto, acomodaremos el sistema para trabajar con un rango de ancho de elipsoide. – Ancho real de elipsoide: WT ≈ W '+ a − 1,8 – Rango WT = (23,2 m ; 24,9 m) – Radio de elipsoide: R = (11,6 m ; 12,45 m)
Configuración de Elipsoides • Es el arreglo espacial en que se ubicarán los elipsoides, definiendo la Malla de Extracción. • La disposición de elipsoides puede generar distintos tipos de arreglos de elipsoides: – Elipsoides separados – Elipsoides tangentes – Elipsoides traslapados
– Malla Cuadrada – Malla Triangular – Malla Mixta Área Intacta
Configuración de Elipsoides • Para evaluar las configuraciones se utilizan los siguientes parámetros: – Densidad (Ah): área de influencia promedio de los elipsoides – Angulo entre ejes (α): ángulo entre ejes de filas y columnas – Área de diseño (Ad): área de los elipsoides de extracción menos la mitad del área traslapada. – Sustentación (%S): porcentaje del área de diseño de los elipsoides (Ad) sobre el área que abarca la malla (Densidad). – Anisotropía (An): relación entre el máximo y mínimo radio de influencia de un punto de extracción. – Distorsión (Dt): relación entre la máxima y mínima distancia entre puntos de extracción contiguos. – Holgura (H): longitud disponible de la estocada dividida por el largo del equipo de carguío.
Configuración de Elipsoides • Ejemplo Determinar los parámetros de comparación para una Configuración Triangular Traslapada Total (0% de área intacta), cuyo elipsoide de extracción tiene un diámetro de 24 m. Solución:
df = 2 * R * cos(β) = 2 * 12 * cos(30) = 20,78m dc = (df/2) / tan(β) = (20,78/2) / tan(30) = 18 m
df
Densidad = df * dc = 20,78 * 18 = 374,12 m2 Ángulo entre ejes = 60º
Angulo (β)
Radio (R)
dc
Configuración de Elipsoides Área de diseño = 6 * [R * cos(360/12)] * [R * sen(360/12)] = 6 * 10,39 * 6 = 374,12 m2 Sustentación = 100% Anisotropía = R / [R * cos(360/12)] = 12 / [12 * cos(360/12)] = 1,15 Distorsión = WT / WT = 24 / 24 = 1
Configuración de Elipsoides
Diseño de Mallas de Extracción • La malla de extracción es la disposición espacial de labores en el nivel de producción. • Los tipos de mallas existentes son: – Malla Cuadrada – Malla Henderson – Malla Teniente
Diseño de Mallas de Extracción • El dimensionamiento de la malla de extracción considera: – La sección de galerías de producción – Largo y sección de galería de zanja – Largo y ancho de Batea (Zanja)
Diseño de Mallas de Extracción
Ver Reglamento de Seguridad Minera
Diseño de Mallas de Extracción • Largo y sección de galería de zanja
Lz = Leq + Ltalud − F *
Ac seno(60º )
F: factor de interferencia de tráfico; 1 para equipo atravesado completamente en la calle; 0 para equipo completamente metido en la zanja. Este factor también afecta la distancia entre calles.
Diseño de Mallas de Extracción • Diseño de Bateas Planta Nivel de Producción A B’
B
A’
Diseño de Mallas de Extracción • Diseño de Bateas PERFIL BATEA – A A’ Acp ap
Ht
UCL β
Batea
Batea Hcp
Crown Pillar α
Hv Av
Hgz BB
Dnn
C. Zanja
Ac C. Zanja
Hc
NP
Dpe Dcv
Dc//z Av: Ancho de visera Hv: Altura de visera Hgz: Altura gal. zanja
Ht: Altura del talud de la Batea Dc//z: Distancia entre calles, paralela a la zanja Dcv: Distancia entre calle y visera
ap: Ancho del apex superior del Crown Pillar Dpe: Distancia entre puntos de extracción BB: Ancho basal de la batea
Diseño de Mallas de Extracción •
Diseño de Bateas
PERFIL BATEA – B B’ Dbb
UCL
Batea Dnn Pilar Zanja
Pilar Zanja Agz
ω NP
Hgz C. Zanja Dz┴z
Dbb: Ancho apex mínimo
Dz ┴ z: Distancia entre zanjas, perpendicular a la zanja
Dnn: Altura entre niveles
Diseño de Mallas de Extracción • Parámetros y cálculos para el diseño Dc//z: según distancia entre elipsoides de extracción y longitud de galerías de zanjas.
Av: 1m (Hund. Convencional) y 0,5m (otros) Hv: 8 a 11,5m (Hund. Conv) y 4 a 5,5m (otros)
Acp
ap: ancho galería UCL (3,5 a 4m)
ap
α: ±82º (Hund. Conv) y ±90º (otros) β: ±40º (Hund. Conv) y ±50º (otros) ap Hv Ht = tg ( β ) * Dcv − − 2 tg (α ) Hcp = Hv + Ht Dnn = Hgz + Hcp Acp = 2 * Dcv
Ht
β
Batea Hcp
Crown Pillar α
Hv Av
Hgz BB Dc//z
C. Zanja Dpe Dcv
Diseño de Mallas de Extracción • Parámetros y cálculos para el diseño Dbb: 0 a 1,35 (depende de la malla) ω: 60º a 65º (Hund. Conv) y 70º a 71º (otros) (depende de la malla y de Dbb) Dbb y ω dependen del diseño del abanico para la construcción de la batea. PERFIL BATEA – B B’ UCL
Dbb
Dz ⊥ z = Dz // c * seno(60º ) Batea Pilar Zanja NP Dz┴z
Dnn Pilar Zanja ω
Agz Hgz C. Zanja
Diseño de Mallas de Extracción
Diseño de Mallas de Extracción • Ejemplos de mallas en Teniente (LHD 6yd3)
Diseño de Mallas de Extracción • Ejemplos de mallas en Teniente (LHD 13yd3)
Diseño de Mallas de Extracción •
Northparkes E26 Mine, Australia (Flores & Karzulovic 2002)
Diseño Nivel Hundimiento • Las galerías para el hundimiento convencional se ubican sobre el crown pillar, y su diseño depende principalmente del equipo de perforación. PERFIL BATEA – A A’ UCL β
Batea
Batea Crown Pillar α
Hv Hgz
Dnn
Av
Ac
C. Zanja
C. Zanja
Calles
Hc
NP
Tarea: Diseño PC Considerando los siguientes antecedentes: – – – – – – – – – – – – – –
Explotación por Panel Caving con hundimiento previo Equipo LHD de 10yd3, 11,3m de largo, 2,3m de alto y 2,65m ancho Equipo DL410 con perforación hasta 54m. Ancho: 2,24 m y alto: 2,7 m Peso unitario del macizo rocoso: 2,7 ton/m3 RQD = 65 Esfuerzo de Carga Puntual: 7 MPa Espaciado de juntas: 1.2m Discontinuidades ligeramente rugosas, sin relleno y paredes suavemente meteorizadas La roca está húmeda con agua intersticial (baja humedad) Tamaño promedio de partícula: 0,8 m Se utilizará configuración triangular traslapada total Factor de seguridad para Crown Pillar: 1.7 Granulometría del Mineral: 40% grande (roca angulosa); 30% Medio; 28% fino; 2% Muy Fino. Angulo de reposo del material: 50º
Determinar el radio del elipsoide de extracción y luego diseñar los niveles de producción y hundimiento. Considere que el RMR obtenido de los antecedentes es promedio. Sin embargo, se han encontrado un RMR máximo de 55 y un RMR mínimo de 20.
