PROYECTO: EXPLOTACIÓN POR BLOCK CAVING ALUMNOS: HIRPANOCCA, ANAHUA ANAHUA PEDRO NEIRA HUACHO, HUACHO, MARCO MAGNO TITO MENDOZA, LUIS ALBERTO ALBERTO ALBARRACIN MAMANI, JHON GIMI GIMI PINAZO CARDENAS, PEDRO RAUL PROFESOR: JUAN YUCRA ESPECIALIDAD: OPERACIONES MINERAS GRUPOS: II-B y A AREQUIPA-PERU AREQUIPA-PERU
Introducción En minería de Block/Panel caving, la fragmentación de la roca juega un papel muy relevante en todo el sistema minero, afectando directamente el desempeño de éste.
anto la efectividad del diseño del layout minero como varios procedimientos operacionales significativos dependen fundamentalmente de la certe!a de las predicciones iniciales de la fragmentación. "a fragmentación en minas de #lock caving posee tres niveles consecutivos. Estos niveles de fragmentación son in-situ, primaria y secundaria. E$iste una progresión natural del #lo%ue in&situ pre&e$istente 'asta el resultado de #lo%ues secundarios o#tenidos en los puntos de e$tracción. (urante el proceso de caving, los #lo%ues %ue se separan desde el maci!o rocoso representan los #lo%ues primarios. (esde el punto de vista de la investigación, e$isten distintas )reas donde se puede a#ordar el tema de *+ragmentación en minería de #lock/panel caving. "as )reas %ue destacan son- rea de modelos predictivos de fragmentación, estudios de #ack an)lisis con datos de granulometrías reales medidas en terreno, estudios de validación de predicciones de fragmentación, donde se reali!a un link entre los modelos predictivos y los datos medidos en faena. E$isten distintas metodologías para predecir el tamaño de los #lo%ues para cada uno de los tipos de fragmentación. i #ien depender) de la metodología, en general, la fragmentación primaria depender) de- calidad del maci!o rocoso, resistencia de la roca intacta, distri#ución, frecuencia y calidad de las estructuras y esfuer!os inducidos. 0 su ve!, la fragmentación secundaria depender) de- forma y resistencia de los #lo%ues y estructuras presentes, altura de e$tracción, ra!ón de e$tracción y estrategia de e$tracción. 1na ve! %ue un sector se encuentra en producción, la fragmentación del mineral ser) un tema relevante. in em#argo, poco es lo %ue se sa#e de la procedencia de los fragmentos %ue ingresan al sistema minero. "uego, si se cuenta con información de la fragmentación real recolectada de los puntos de e$tracción, se podr) anali!ar la variación de tamaño de los #lo%ues con distintas estrategias de e$tracción, junto con un estudio de la relación entre flujo gravitacional y fragmentación 2procedencia de los #lo%ues3.
Block Caving El método de e$plotación de minas corresponde al conjunto de operaciones cuyo o#jetivo final es ma$imi!ar la recuperación de un cuerpo minerali!ado, asegurando renta#ilidad del negocio. El Block 4aving o 'undimiento de #lo%ues es un método de e$plotación complejo, aplicado en minería su#terr)nea a cuerpos masivos de mediana a #aja ley. En general se conocen tres métodos de 'undimiento5undimiento por su#niveles 5undimiento por #lo%ues 6e#anadas descendentes En estos casos los métodos son aplica#les a depósitos de tipo masivo con grandes desarrollos 'ori!ontales7antos muy potentes 8etas masivas • • •
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Condiciones de aplicación El método de Block 4aving se aplica, casi sin e$cepción, en yacimientos masivos de grandes dimensiones, como son por ejemplo, los depósitos minerales diseminados conocidos con el nom#re de co#res porfídicos. am#ién es posi#le su aplicación en cuerpos de forma ta#ular de gran espesor. us mejores condiciones de aplicación se dan en rocas minerali!adas relativamente incompetentes, con un alto índice de fracturas, %ue se 'unden con facilidad %ue#r)ndose en fragmentos de tamaño reducido. in em#rago, la tecnología disponi#le 'oy en día permite tam#ién su aplicación en maci!os rocosos %ue presentan alta resistencia a fragmentarse. Es muy desea#le o casi imprescindi#le %ue los límites del depósito sean regulares y %ue la distri#ución de leyes sea uniforme. Este método no permite la e$plotación selectiva o marginal de cuerpos pe%ueños, como a la inversa, tampoco es posi#le separar sectores de #aja ley incluidos dentro del maci!o minerali!ado. "os yacimientos 'ori!ontales de#en tener como mínimo una potencia de 9: m, %ue justifi%ue su aplicación, el #u!amiento de#er) ser superior a ;<=> como tam#ién el mineral no de#e aglutinarse ni compactarse.
Figura1: Proceso de e$plotación Block 4aving
Principios En lo esencial, este método consiste en inducir el hundimiento de una columna mineralizada, socavándola mediante la excavación de un corte basal, proceso ue se realiza aplicando las técnicas convencionales de per!oración " tronadura# $os es!uerzos internos pre%existentes en el macizo rocoso, gravitacionales " tectónicos, más los inducidos por la modi!icación de sus condiciones de euilibrio debido al corte basal, generan una inestabilidad en la columna de
roca o loza inmediatamente superior# Esta se desploma parcialmente rellenando el vac&o creado " la situación de euilibrio tiende a reestablecerse# El mineral derrumbado se extrae por la base a través de un sistema de embudos o zan'as recolectoras excavados previamente, generando as& nuevas condiciones de inestabilidad# El !enómeno contin(a " el desplome o hundimiento de la columna se propaga as& sucesivamente hasta la super!icie, proceso ue en la terminolog&a minera se denomina subsidencia# El proceso termina cuando se ha extra&do toda la columna mineralizada# El material estéril sobrepuesto desciende también ocupando el vac&o de'ado " en la super!icie se observa la aparición de un cráter# )ependiendo de su extensión vertical, el cuerpo mineralizado puede ser explotado a partir de uno o de varios niveles de producción ue se hunden sucesivamente en una secuencia descendente# $as alturas de columna entre los niveles pueden variar entre *+ a ++ metros#
-igura./ Block Caving Convencional en conparacion con un 0istema C12 3ock -lo4
Caso 5ina Chuuicamata Conversión a mina subterránea al pro!undizar a 6+++m 7aprox# .+68 9 .+6:; 0igni!icativo incremento de producción imposible con $<)
tm = 7n > ts ? tr; @ 7n?6; tm = tasa media de extracción ts = tasa expansiva de extracción tr = tasa de extracción de cosecha n = bloues en !ase de di!usión n 6 . * F
2asa 5edia de Extraccion 2mAtpd@m. ,8+ +,D +,D8 +,:+ 6#++
2asa de Extraccion de Cosecha tr Atpd@m. +,D+ 6,*+ .,6+ .,:+
Para sistema con $<)s convencionales imposible de lograr tasa de producción económica, porue menos del 6+G del área activa de explotación es usada para producir tm Con $<) solo está en el rango de +#* to +#8 tpd@m.#
NOMBRE
Scraper
Ancladores
IMAGEN
DESCRICION
El “scraper”, aparato automotor, equipado con neumático o con oru!a, o implemente tirado por un tractor de oru!a, e utili"a para la e#tracci$n de tierra a peque%a capa& (uede remo)er la tierra * car!arla en una ola operaci$n, tranportarla * )erterla in interrumpir la marc+a& Con todo, en cierto terreno e necearia la a*uda de un tractor de oru!a u otro medio de remolque uplementario& a e-ciencia de ea máquina e e#celente, pue lo tiempo “muerto” on prácticamente nulo en una o.ra .ien or!ani"ada& Importa, in em.ar!o, para me/orar el rendimiento, que e e)iten lo tranporte de recorrido demaiado lar!o 0má#imo de 122 a 322 m4& En terreno de tipo medio, un “craper” de 56 m7 puede e#ca)ar * tranportar, o.re un recorrido de 622 m apro#imadamente, 582 m7 de tierra por +ora
Anclado de alta renta.ilidad, emplea un itema patenti"ado en u Ca.e"a ancladora, iendo +ata el momento el me/or equipo del mercado, *a que al no 9perder9 el .arreno, e !aranti"a la inerci$n del ancla& Emplea un itema má impli-cado en cuanto a lo +idráulico, el:ctrico
o /um.o minero etán compueto por un con/unto de martillo per;oradore montado o.re .ra"o articulado de accionamiento +idráulico para la e/ecuci$n de lo tra.a/o de per;oraci$n por el ;rente&
Jumbos
a ;unci$n principal de eto equipo e la per;oraci$n de a)ance o dearrollo +ori"ontale, a< como tam.i:n la e#ca)aci$n )ertical o radial para ;orti-caci$n del t=nel&
Equipos de barrenación larga
Camión y/o locomotoras
Sprayer
Equipos LH
!uebradoras
o equipo de per;oraci$n de .arreno lar!o e utili"an para per;oraci$n de producci$n en aplicacione de miner
El Cami$n de O.ra e +a pro*ectado para el rendimiento, die%ado para la comodidad * contruido para una lar!a duraci$n& El cami$n e +a die%ado para acarreo de alta producci$n * .a/o coto por tonelada en aplicacione de miner
"andas transportado ras
a cinta tranportadora permite reducir la lon!itude de tranporte, *a que ;rente a una inclinaci$n media remonta.le del >>? para la cinta, lo camione no uperan el 52?& Ademá, al uprimir rampa de tranporte, lo talude pueden aumentar u án!ulo, me/orando la
Die%ada para per;oraci$n epeciali"ada El itema de accionamiento en l proporciona una car!a de empu/e equili.rada para me/orar el corte * minimi"ar la )i.racione * el de!ate&
#obbins
a per;oradoraRo..in3> requieren una .ae de per;oraci$n má peque%a * meno punto de u/eci$n& Su preparaci$n para per;orar e rápida * encilla& a e-ciente ;uncione etándar inclu*en antiatranque, cone#i$n automática * aumento !radual de la )elocidad * el par.
Procedimientos de explotación por medio de 7block caving; $a tendencia a !uturo indica ue la miner&a subterránea masiva 7Block@Panel Caving; competirá a la par con la miner&a de ra'o# En el Block Caving existe un proceso continuo de ruptura del macizo 7-ragmentación;# $a -ragmentación 0ecundaria 7(ltima etapa de la -ragmentación; es crucial de predecir para el diseHo de mallas de extracción minero# Este traba'o discute las metodolog&as de predicción de -ragmentación 0ecundaria " se presentan nuevos alcances de estudio a !uturo#
$a -ragmentación en Block @Panel Caving consiste en la generación de bloues desde un macizo rocoso debido su socavación, " posee etapas/ -ragmentación In 0itu, -ragmentación Primaria " -ragmentación 0ecundaria# El predecir correctamente la !ragmentación !inal ue tendrá el macizo rocoso en los puntos de extracción es un tema sumamente importante para el diseHo correcto de las dimensiones " espaciamientos de los puntos de extracción#
-igura / Etapas de !ragmentación# -ragmentación In 0itu, Primaria " 0ecundaria#
-315EJ21CIKJ IJ%0I2L Corresponde a los bloues intr&nsecos ue posee el macizo rocoso debido a sus discontinuidades previas a la socavación del macizo# En general, las dimensiones de estos bloues se pueden estimar desde in!ormación con!iable de sonda'es 7discontinuidades " sus orientaciones;# 1demás, debido al alto costo de llevar a cabo sonda'es de exploración, es conveniente realizar estimaciones numéricas probabil&sticas para predecir los supuestos bloues ue deber&an estar !ormados Min situ#
-315EJ21CIKJ P3I513I1 Cuando el macizo rocoso empieza a ser socavado, la roca ue se encuentra inmediatamente arriba de la socavación 7cave back; comienza a !racturarse debido a la redistribución de es!uerzos en el macizo rocoso# Estas nuevas !racturas producen nuevos bloues tal como puede ser apreciado en la -igura 6#
-315EJ21CIKJ 0ECLJ)13I1 )espués ue los bloues comienzan a desprenderse desde el cave back, estos uedan apilados en una columna de extracción# )urante el proceso de extracción de mineral desde alg(n punto de extracción, todos los bloues apilados comienzan a ba'ar desde la columna de extracción " por consiguiente comienzan a !racturarse entre ellos 7-ragmentación secundaria;#
)esarrollos Jivel de producción/ con'unto de galer&as paralelas espaciadas entre 68 a + m donde se realiza la operación de extracción del mineral seg(n diversas modalidades# Inclu"e las correspondientes galer&as de acceso o cruzados de cabecera# Jivel de hundimiento 7LC$;/ con'unto de galer&as paralelas espaciadas entre 68 a + m a partir de las cuales se realiza la socavación o corte basal de la columna mineralizada# 0e ubica a una cota entre D a .+ m sobre el nivel de producción# Inclu"e las correspondientes labores de acceso o galer&as de cabecera# Embudos o zan'as recolectoras de mineral, brazos o estocadas de cargu&o# 0e trata de excavaciones ue conectan el nivel de producción con el nivel de hundimiento, " ue permiten o !acilitan la extracción del mineral# Piues de traspaso/ son labores verticales o inclinadas ue conectan el nivel de producción con el nivel de transporte# Jivel de transporte/ con'unto de galer&as paralelas espaciadas entre + a 6.+ m, donde llega el mineral desde el nivel de producción# 1h& se carga por intermedio de buzones a un sistema de transporte ue lo conduce a la planta de chancado, ue puede estar ubicada en super!icie o en el interior de la mina# 0ubnivel de ventilación/ con'unto de galer&as paralelas espaciadas entre + a 6.+ m, " los correspondientes cruzados de cabecera, ubicadas ba'o el nivel de producción 768 a + m;# Inclu"e las chimeneas por donde se in"ecta o se extrae el aire hacia " desde el nivel de producción respectivamente# 0ubnivel de control "@o reducción/ puede ser o no necesario, dependiendo de la geometr&a del cuerpo mineralizado " de las caracter&sticas de la roca#
-igura */ )esarrollo de la explotación block caving
)iseHo 0impli!icando bastante las cosas, en lo esencial, el diseHo de un block caving lo determina la clasi!icación geo mecánica del macizo rocoso a hundir, ue se traduce en una estimación de la granulometr&a esperada del material producto del hundimiento# Jumerosas investigaciones con modelos a escala, validadas por la práctica, conclu"en ue el diámetro de la columna ue se extrae aisladamente por un punto de extracción es proporcional al tamaHo del material# 0i la extracción o tira'e es interactiva, vale decir, a partir de puntos de extracción m(ltiples, ese diámetro puede aumentar hasta 6,8 veces# En suma, la granulometr&a o tamaHo del producto determina el espaciamiento máximo posible de la malla de extracción, de modo ue los elipsoides de tira'e se intersecten# 1 su vez, dicho espaciamiento determina la con!iguración geométrica modular del sistema de labores#
1rranue 0ólo se reuiere per!oración " tronadura para socavar o cortar la base de la columna mineralizada, corte de una altura ue oscila entre 8 a 68 m# 1 esta operación se le denomina hundimiento, " se realiza con tiros radiales en abanico de 8+ a D8 mm de diámetro barrenados con 'umbos electro%hidráulicos# $a longitud de estos tiros puede variar entre unos 8 a .+ m# El resto de la columna se desploma " se !ragmento por el e!ecto combinado de los es!uerzos naturales ue act(an sobre el macizo rocoso " el deseuilibrio generado por el proceso de socavación basal#
5ane'o de mineral 0istema convencional con extracción manual# 0e aplica en cuerpos mineralizados de !ácil hundibilidad, ue se !ragmentan generando un material o producto de granulometr&a !ina a mediana# $as dimensiones de la malla de extracción var&an entre D,8 x D,8 m hasta unos 6.,+ x 6.,+ m# perarios de extracción o MbuitrerosN, como se les llama au& en Chile, manipulan las compuertas emplazadas en el nivel de producción, haciendo correr el mineral a través de una parrilla de control de tamaHo# 3endimientos normales del orden de 68+ a 8++ Aton @ hombre 9 turno seg(n el tipo de roca# o El material grueso ue no pasa por la parrilla es reducido a golpes de mazo en la misma parrilla# 0i el problema de atascamiento se produce en el embudo, se recurre a peueHas cargas explosivas# El mineral se traspasa directamente por gravedad a un nivel de transporte 7-- CC, cintas transportadoras o camiones; a través de sistemas de piues rami!icados# Extracción mecanizada con scrapers# 0e utiliza también para condiciones de granulometr&a !ina a mediana, pero principalmente cuando el nivel de transporte se ubica inmediatamente deba'o o mu" cerca del nivel de producción# En cada galer&a de producción se instala un scraper ue arrastra el mineral 7+ a + m; hasta piues cortos ubicados en la cabecera del bloue, a través de los cuales se carga directamente a carros de !errocarril o también a camiones# $os bolones ue no es capaz de arrastrar la pala se reducen de tamaHo en la misma galer&a mediante peueHas cargas explosivas# Extracción mecanizada con euipos $<)# 0e aplica cuando se trata de macizos rocosos competentes, poco !racturados, ue se hunden generando !ragmentos o colpas de gran tamaHo# 0e utilizan palas de 8 a : "ardas c(bicas de capacidad# $as dimensiones de la malla de extracción pueden variar en este caso entre 6.,+ x 6.,+ m hasta unos 6D,+ x 6D,+ m# o $os euipos $<) extraen " cargan el mineral desde los puntos de extracción " lo transportan hasta los puntos de traspaso regularmente distribuidos a distancias del orden de :+ a 6.+ m# 0u rendimiento puede variar entre unas ++ a 6#.++ Aton@turno# $as colpas de grandes dimensiones ue la pala no es capaz de cargar se reducen de tamaHo en los mismos puntos de extracción utilizando cargas explosivas#
Ln segundo control de tamaHo se realiza en los puntos de vaciado dotados de parrillas o alternativamente en un subnivel in!erior en cámaras de picado especialmente dispuestas para estos !ines# En ambos casos se utilizan martillos picadores estacionarios o semiestacionarios de accionamiento hidráulico# $a capacidad productiva del sistema de extracción se mide o expresa en Aton @ m. hundido x d&a# Este &ndice depende de las caracter&sticas de hundibilidad de la columna mineralizada, estimándose en la práctica como razonable valores promedio comprendidos entre +,* " 6,.
Oentilación El block caving es un método ue reuiere un suministro intensivo de ventilación, en especial al nivel de producción, donde se concentran un con'unto de operaciones altamente contaminantes con presencia de personal/ extracción " traspaso 7polvo; tronadura secundaria 7gases; " también, en muchos casos, cargu&o " transporte con euipo diésel 7polvo " gases;# $a solución clásica es disponer un subnivel de ventilación ubicado unos pocos metros más aba'o del nivel de producción 768 a + m;# Consiste en un con'unto de galer&as paralelas coincidentes " alineadas con las galer&as de cabecera o cruzados de acceso a los bloues# El aire !resco se in"ecta a las galer&as de producción a través de chimeneas, recorre estas galer&as " retorna al subnivel de ventilación por otras chimeneas similares ubicadas en la l&nea de bloues siguiente# Para tales e!ectos, es necesario disponer de t(neles "@o piues principales de in"ección " extracción de aire, dotados de los correspondientes ventiladores# Estas labores !orman parte de lo ue se denomina in!raestructura general de la mina#
-orti!icación El principal problema dice relación con la estabilidad de las labores del nivel de producción# Estas labores son sometidas a intensas solicitaciones inducidas por la redistribución " concentración de es!uerzos asociadas al proceso de hundimiento# En presencia de roca poco competente con buenas caracter&sticas de hundibilidad, donde es posible aplicar un sistema de extracción manual con galer&as de sección peueHa 7.,* x .,* m;, la solución más socorrida " clásica consiste en una !orti!icación sistemática con marcos de madera# En condiciones similares a las anteriores, pero con un sistema de extracción con palas de arrastre o scrapers, se utiliza por lo general un revestimiento continuo de hormigón# 0i las condiciones son menos rigurosas, puede ser su!iciente un apernado con'untamente con malla de acero " shotcrete# Cuando se trata de roca competente 7granulometr&a gruesa;, donde se aplica un sistema de extracción mecanizado con euipos $<), se reuieren galer&as de sección más grande 7*,+ x , m;# En estos casos, dependiendo de las condiciones locales, se recurre a soluciones ue contemplan progresivamente apernado sistemático, malla de acero " shotcrete#
$as situaciones más cr&ticas se presentan en las intersecciones de las galer&as de producción con los brazos de cargu&o " en las v&sceras de los puntos de extracción# Para mantener su estabilidad se recurre, en la ma"or&a de los casos, a !orti!icación con marcos de acero " hormigón armado# $os piues de traspaso son también labores con!lictivas ue reuieren una atención especial# 0e recurre incluso a revestimientos con planchas de acero o rieles insertos en hormigón#
bservaciones Este método de hundimiento es utilizado en cuerpos mineralizados masivos de mediana a ba'a le", cu"os &ndices de !ractura son altos# El mineral tiene ue ser uebradizo ue se rompa por la acción del propio peso " la presión del terreno de recubrimiento 7roca enca'onante;, por ende este método no resulta con minerales ue se oxiden con el aire " el agua# Este método reuiere poca per!oración, poca voladura " poco sostenimiento pero permite el control de las condiciones de traba'o " seguridad# 1lto grado de mecanización " automatización, pero escaso n(mero de personal#
Conclusiones $a empresa minera no establece un riesgo máximo, sino ue puede establecer una relación de riesgo@entorno seg(n su tolerancia, lo ue permitirá identi!icar el tope el set de plani!icación de los bloues o macro bloues# Es altamente productivo respecto a otro sistema de minado, con lo ue contrae altas ganancias# Ba'o condiciones !avorables, este método es totalmente económico# El ob'etivo de esta investigación es establecer una metodolog&a de predicción de !ragmentación en miner&a por hundimiento basado en mediciones de !ragmentación en minas en operación " en modelos de !lu'o de material hundido#
Bibliogra!ia
Marcelo Eduardo Ro/a @idal& 082564& Bloc Ca)in! * u Complicacione& 1 de a!oto, de e&lide+are&net Sitio e.
+ttpe&lide+are&netMarceloEduardoRo/a@idal.loc ca)in!*ucomplicacione Goc+*F3& 08254& in;orme .loc ca)in!& 1 de a!oto, de e&lide+are&net Sitio e. H +ttpe&lide+are&netGoc+*F3in;orme.locca)in! Eltraa& 082564& .loc ca)in! >652561>& 1 de a!oto, de e&lide+are&net Sitio e. H +ttpe&lide+are&netMarceloEduardoRo/a@idal.loc ca)in!*ucomplicacione Damián Barrera& 082564& +undimiento por .loque& 1 de a!oto, de e&lide+are&net Sitio e. +ttpe&lide+are&netdamian.arrera2+undimiento por.loque Julin, D&e& 053>4& Bloc Ca)in!& Ne Kor AIME& (a!& 58 882