Diseño Nivel Producción Diploma Ingeniería en Block Caving
Módulo Diseño Minero
Contenidos Dia 4 – Diseño Nivel de Producción • • • •
Factores a considerar en el diseño del nivel de producción Tipos de malla malla de extracción extracción (LHD)- Benchmark Benchmark Diseño en Parrillas Diseño mallas en layout horizontal –
• •
Diseño mallas en métodos de caving inclinados Diseño Pilares/ Fortificación –
• •
Revisión de metodologías propuestas Fortificación típica en block/panel caving
Bibliografía Discusión metodologías y ejercicio práctico
Factores a considerar en el diseño de la malla de extracción 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Fragmentación Est Estrate rateg gia de hu hundim ndimiiento ento Con Condic icio ion nes geo geotéc técnica nicass Factores ope operacionales Peligros ope operacionales Esta Estabi bililida dad/ d/re repa para raci ción ón de de vise visera rass Costos as asociados
Sistemas de producción LHD Grizzly/ manual
Fine material complete gravity flow model Highly productive productive 0.75 t/m2/día, t/m2/día, lower operations cost 2.5 $/t high capital cost 1500 $/m2
Coarse rock, equipment can handle different volumes Productivity 0.55 t/m2/día, t/m2/día, Operation Operation cost
Sistema de traspaso gravitacional-Block Caving Generalidades: • ROCA SECUNDARIA • Fragmentación: 0,05-0,2 m • RMR < 40 • ff/m3 =10-30 • UCS= 25 – 50 MPa • RQD < 25 • Puntos de extracción pueden se
espaciados equidimensionalmente • Utiliza un diseño de traspaso gravitacional integral • Inicialmente espaciamiento a 4,8 x 4,8 m el cual se incrementó hasta los 9 x 9 m • Altas productividades por hombre (800 ton/turno/hombre) Block caving, Miami Mine, Arizona, USA (Lewis & Clark 1964)
Características Mina
Layout
Espaciamiento
Tonelaje
Andina
Diagonal
9x9
20.000
Teniente
Frontal
7,5 x 7,5
15000
San Manuel
Frontal
5,0 x 5,0
45000
Sistema gravitacional integral mina Andina
Mina Andina Andina III Panel Ref. Aguayo Aguayo et al (2004)
Aplicación
Parrillas sistema no mecanizado Nivel de hundimiento se conecta en retroceso mediante perforación de tiros ascendentes.
Nivel de producción en parrillas
Sistema de parrillas – solo un punto Parrilla de 0,3 m Se usó un solo punto de extracción para una mejor estabilidad del nivel de producción.
Block Block Cavi Caving ng - El Teni Tenien ente te
Comparación LHD-parrillas mina Andina III Panel Indice
OBS
LHD (13 x 13)
Parrillas (9 x 9)
Productividad
Desde el nivel de hundimiento a tpte
1200 (US$/m2)
770 (US$/m2)
Resistencia diseño
Area colapsada
27,4 %
0%
136 ton/m2
177 ton/m2
Productividad unitaria Recuperación de reservas
Incluye area colapsada
667 ton/m2
940 ton/m2
Costo operacional
Costos hasta transporte, incluye reparación
1,04 (US$/t)
0,77 (US$/t)
Costo Total
Operación y des.
2,24 (US$/t)
2,05 (US$/t)
Recuperación reservas in situ
Sobre reservas in situ
118 %
136 %
PED (%)
Porcentaje entrada dilución (riolita)
79%
89%
Ref. Aguayo Aguayo et al (2004)
Block Caving con scrapers
Comparación parrillas/ scrapers • El potencial de producción depende de la
capacidad del scraper. • Menor desarrollo requerido respecto a sistema de parrillas. • Problemas en el control de dilución pues algunos puntos fluyen libremente mientras otros se cuelgan. • No son sistemas altamente productivos o eficientes en costos.
Zanja continua Método empleado para mejorar la estabilidad del nivel de producción via una reducción del area abierta de zanjas. Un punto de extracción tiene dos salidas y no existe confinamiento dado por el pilar menor. Ejemplos uso: •San Manuel
Austro American Magnetite • Austro San Manuel, Weiss (1981)
•Shabanie
Zanja Zanja Contin Continuaua- El Teni Tenient ente e
Zanja Zanja continu continuaa- sin nivel nivel de de hundimi hundimiento ento
Mallas extracción horizontal en Panel/ Block Caving
Disposición Disposición tipo Herringbon Herringbone e - LHD
Layout empleado en Mina King y Shabanie (Laubscher, 2000)
Malla Malla tipo tipo Herring Herringbone bone desfa desfasada sada - LHD Metodo empleado en diferentes minas: •Henderson •Bell •Northparkes •Palabora •Premier •Freeport
Malla tipo Henderson Layout inicialmente usado en Henderson. Puntos se oponen pero el pilar menor esta en 90° respecto al mayor. Ya no se usa en Henderson
Malla tipo Teniente
Esmeralda
4 Sur
(a)
(b)
Malla Tipo Teniente
Malla Teniente tiene tres espaciamientos Dc: distancia entre calles De: distancia entre estocadas Lz: Largo zanja
Malla Henderson modernas
Malla utilizada actualmente en Henderson. Espaciamiento entre calles es de 30 m Mineral esperado es fino (0,5 m) sin embargo se han espaciado las mallas Se deja un pilar entre puntos en una zanja
Frecuencia de uso de disposición de puntos de extracción en minería por hundimiento 0.60 0.55 0.50 0.45
Y C N0.40 E U Q0.35 E R F 0.30 E V I T 0.25 A L E0.20 R
0.15 0.10 0.05 0.00
Espaciamiento de calles de extracción (Flores & Karzulovic K arzulovic 2002) 0.70 0.65 0.60 0.55
Y C N E U Q E R F
0.50 0.45 0.40 0.35
E V 0.30 I T A L 0.25 E R 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
TIME PERIOD PERIOD Before 1970 From 1970 to 1990 After 1990
Sección de calles de producción en minería por hundimiento (Flores & Karzulovic 2002) 0.70
TIME TIME PERIOD
0.65
Before 1970 From From 1970 to 1990 After 1990
0.60 0.55
Y C N E U Q E R F E V I T A L E R
0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0
1
2
3
4
5
6
7
NOMINAL WIDTH, EXTRACTION LEVEL DRIFTS (m)
8
Caracterización de mallas de extracción •
Los objetivos del nivel productivo son :
Asegurar la recuperación recuperación de mineral en un ambiente seguro de trabajo Asegurar la producción producción de la mina mediante un sistema de manejo de minerales
•
Se han propuestos índices para evaluar una u otra malla en términos de su recuperación, operatividad y estabilidad (Chacón, 1980)
•
Se han modelado estas mallas desde el punto de vista de estabilidad
Caracterización geométrica de mallas de extracción Área de influencia de un punto de extracción extracción (m2): (m2): se define el área de influencia de un punto de extracción como el polígono que se forma f orma al interceptar las bisectrices de los triángulos elementales formado por los puntos contiguos al punto (Chacón, 1980). Para el caso de una malla regular tipo Teniente el area de influencia se calcula como AI
DeDc DeDc
2
Donde: De = largo entre puntos de extracción Dc= distancia entre calles
Area de influencia El area de influencia se puede calcular a partir de Diagramas de Voronoi (por ejemplo en Matlab) 1. Se dete determ rmin inan an las las pos posic icio ione ness de de puntos en el plano (viseras) 2. Se det deter ermi mina nan n los los pol polig igon onos os (area (area de influencia por punto) – rutina matemática de diagramas de Voronoi. 3. Se cor corta tan n los los pol polig igon onos os por por el area area del footprint 4. Se dete determ rmin inan an las las are areas as de poligonos de los puntos de extracción y distancias de acuerdo a definiciones
Caracterización de mallas de tiraje Distorsión de la malla: es la relación que existe entre la máxima distancia entre puntos de extracción contiguos. Dmalla
Dis tan cia _ max ima( m) Dis tan cia _ min ima( m)
Geometricamente una malla equilatera resultaría en un valor de distorsión=1
Caracterización de mallas de tiraje Holgura, es la proporción entre el largo efectivo de la estocada utilizable, Holgura, descontando la pila y el largo del equipo de carguío. La holgura mide la facilidad que tendria el equipo LHD de operar alineado a la estocada de carguío dada la configuración de los puntos de extracción.
Holgura de la malla=
longitud disponible de la estocada largo del equipo LHD
Caracterización de mallas de tiraje Sustentación de la malla, es una medida de la infraestructura en el nivel de producción, lo que se puede asociar a su estabilidad. Corresponde a la proporción de area de pilares y el area total del nivel. Sustentación de la malla= área ocupada del pilar área total de la unidad
Flujo gravitacional gravitacional y su su rol en la determinación de mallas de extracción en Block Caving
Metodologias para la evaluación de mallas de extracción • Kvapil
• Laubscher • Teniente • Susaeta • U de Chile
Tiraje aislado (Kvapil, 1992) Etapas •
Elipsoide de flujo se genera con poca extracción
•
Elipsoide llega a superficie y se comienza el relleno
•
Se continua la extracción y se mide el ancho
•
Se alcanza un diámetro máximo (d)
Flujo elipsoidal vs cilindrico Kvapil postula que existen dos tipos de flujo granular aislado: Flujo eliptico cercano al punto de extracción (>60m), caracterizado por una diferencia de velocidades en el material Flujo en masa o cilindrico condicion lejana al punto de extracción dimensiones sin influencia del punto de extracción y dependiente del tamaño de particula.
Flujo en desde dos puntos en zanja A lo largo de la zanja los elipsoides de flujo se interceptan a una altura h
Zanja corta permite manejo de colgaduras
Tiraje multiple Si las zonas estan a una distancia menor a su diametro se formara una unica zona de mayor diametro que el de los respectivos puntos de extracción
Tira Tiraje je mul multitipl plee- mode modelo loss en 2D 2D Zonas aisladas Flujo elipsoidal cercano al punto de extracción
Flujo en masa
Panel Panel cavingcaving- Flujo inclinado inclinado hacia hacia zonas zonas de de menor densidad
Menor masa extraída
Diagrama de diseño Tipos de mineral •
Material grueso con bloques de 1 m (10% del total)
•
Materiales guesos medios bloques de 1,5 m (15% del total)
•
Materiales gruesos 1015% > 2m
OBS: Con finos los diametros indicados pueden disminuir hasta en un 20%
Ejemplo uso metodología Kvapil Supongamos que se espera que producto del caving se obtenga un mineral grueso con 15% de bloques de 1,5 m. Granulometría tipo 2 del grafico de diseño se tiene que: – Para alturas de 45 m , W=20 m – Para alturas de 60 m , W=22 m – Para alturas mayores se asume flujo en masa (W=22) Existe la posibilidad de que el caving resulte en una proporción de finos (10% finos). En este caso se corrigen los valores un 20% – Altura 45 m , W=17 m – Altura 60 m, W=18,5 m
Flujo gravitacional en block caving (Laubscher,1994) 136 mm
216 mm
Espaciamiento= 1,6 W
Experimentos Experimentos a diferente espaciamiento Descenso de material
Experimento: •Puntos espaciados a 152
mm (1,1 W) •Se observa interacción de
zonas de flujo
Experimentos en arena
108 mm
Mecanica de interacción
Modelo hipotetico del flujo gravitacional en block/panel caving
INTERACTION OF DRAWBELLS
Ref. Laubscher (2000) This drawing shows the development of interaction between drawpoints as the drawpoints are drawn: A single drawpoint with it’s isolated drawzone. Two isolated drawzones in the drawbell interact to form a large drawzone. The drawbell drawzones interact across the minor apex forming a larger interactive drawzone. The large drawbell interactive zones interact across the major apex.
Criterio de diseño – espaciamiento puntos de extracción
Zona tiraje aislado % +2m³
Laubscher (2000)
0
1-5
6 - 20
21 - 45
Espaciamiento de puntos en mallas LHD Herringbone Pilar mayor
B
Centro de la zona de tiraje aislado (1 m de la visera)
A
C
Punto de extracción Pilar menor entre zanjas Zanja
A = distancia entre zonas de flujo en la zanja e.j. = 8 m B = distancia entre zonas de flujo en el pilar menor e.j. = 15 m C = distancia entre zonas de flujo en el pilar mayor e.j. = 22 m
Procedimiento:
Espaciamiento de puntos en mallas LHD Teniente
Ejemplo definición de mallas en tiraje interactivo (Dee Beers) T
i
r
j
T
i
r
e i
s
j
e l
i r
t t
e i
v
I
DZ
1
( 5 = )
2
a=
, 4
T
= m
3 h 5
0 =
°,
i
, 1 i
r
b=
2 =
1 ,
t t n l an j
S
I
DZ
1
d
i = r
j
=
e i
v
E z
n l an j
0
e i r
E z
a a
x
5 t e > t D Z i m v1 e8 r
acción a Inter acc a a
t
r s
av d e
p i l m ay
e l
ar or
Espaciamiento maximo a traves del pilar mayor
r o y a m r a l i p l e d o g r a l o l A
Grafico de diseño a partir de observaciones de mallas
Espaciamiento puntos en el pilar mayor (Laubscher, 2000) Los espaciamientos se han aumentado a medida que la experiencia ha indicado que se obtienen buenas recuperaciones
Efecto geometria zanja en interacción
Buena interacción
Poca interacción cercano a la zanja
Ancho del punto de de extracción W
2
5 D k
D= tamaño medio de partícula K= factor de flujo (Kvapil)
Ejemplo Calculo ancho PE Definición ancho de punto de extracción 100 1. Tamaño medio de particula Larg Largo o 1m Ancho 0,8 m Alto 0,5 m Dmedio 0,8 m k 1 W 3,8 m Composición tamaños % grueso (anguloso) 40 % intermedio 30 % arena-grava 20 % arcilla/suelo 10 Total ( %) 100 k 1
Flujo intermitente Arco de esfuerzos esfuerzos (arching) (arching)
Determinación de arco en un material granular
Reducción angulo de fricción por altura de carga
H cos co s 9,81 Sxsen
3
Arco en material granular grueso
Angulo de fricción pared-material granular
Determinación de abertura
W
5 D
2
k
D= tamaño medio de partícula K= factor de flujo (Kvapil)
Ejemplo Calculo ancho PE Definición ancho de punto de extracción 100 1. Tamaño medio de particula Larg Largo o 1m Ancho 0,8 m Alto 0,5 m Dmedio 0,8 m k 1 W 3,8 m Composición tamaños % grueso (anguloso) 40 % intermedio 30 % arena-grava 20 % arcilla/suelo 10 Total (%) 100 k 1
Profundidad de flujo Profundidad disponible para carga equipo X
h D cot
h D tan tan
90
Hd= Altura de la galería
X real X
2
A= Pila de mineral B= extracción C= derrumbe OBS: Sabiendo se puede obtener
Hipótesis flujo en block/panel caving Velocidad interactiva vi
Interactive zone
Velocidad tiraje aislado
IDZ
Collapso pilar entre puntos
Espaciamiento
Recomendación Malla Secundario
Roca Mixto
Primario
LHD 17,2 x 17,2 LHD 15 x 15 m LHD 13 x 13 m Parrillas9 x 9 m Parrillas 7,5 x 7,2 m Tiraje Aislado (A)
Tiraje Aislado-Interactivo (A-I)
Tiraje Interactivo (I)
Metodologia determinación mallas El Teniente
Metodología propuesta en interacción de elipsoides de extraccion combinando Laubscher con Kvapil
n ó i c c a r e t n i a r u t l A Ancho punto minimo
Laubscher, 2004
Corrección por ancho punto extracción
Malla en base a diametros de extracción
Teniente
Espina de pescado
Operativización mallas Determinar el largo de zanja en función del tamaño del equipo LHD Lz
Le
a
d
tan
sen
Le= largo equipo a= altura galería zanja d= ancho calle = angulo calle-zanja = angulo reposo mineral
Estimar la distorción de la malla y posibles problemas con equipos de distinta capacidad. Reducir/aumentar tamaño del equipo de acuerdo a mallas basadas en recuperación.
Dimensiones bateas
Dimensionamiento bateas – Plano a lo largo de zanja Altura tolva
hundimiento
ap
tan ( Dcpe Dcpe
Ht Ht
tan ( Dcpe Dcpe
Crown pilar
HNN
Hv Dcpe
Hgz
ap Hv ) HC 2 tan ap ) HP HA 2
producción
Dc||gz Parametro
Altura niveles
Lv
Acp
Simbolo
Hundimiento convencional
Hundimiento previo/Avanzado
Hv
7,94-11,4
4-5,4
Angulo visera visera
82°
90°
Angulo tolva tolva
40°
50° 4,6
Altura visera visera
Ancho apex aparente
ap
4,6
Altura gal. zanja
Hgz
Equipo
Largo visera
Lv
1
Distancia centro de calles | |estocada
Dcpe
Extracción
0,5
H NN
H gz H v
H t
Altura crown pilar Hcp
Hv
H t
Ancho crown pilar Acp
Dcpe 2Dcpe
Dimensionamiento bateas – plano perpendicular a zanjas db
HNN
Distancia puntos perpendicular a zanja D z
Zanja
Pilar zanja
Distancia entre zanjas
sen
Dz||c
Ancho Pilar Zanja
D z||c
Par Parame ametro tro
z
A pz
Simbo imbolo lo
Hund Hundim imie ient nt o convencion al
Hundimiento previo/Avanzado
Db
1-1,32
0
A pz
sen
( Dz||c
az )
Evaluación de mallas utilizando modelos de flujo gravitacional •
En los últimos años se han desarrollado modelos numericos de flujo que modelan la cinematica del flujo gravitacional de roca quebrada. – Rebop (Itasca) – FlowSim (U de Chile)
•
Se pueden determinar: – Reservas extraídas para distintas granulometrías – Reservas remanentes dada una secuencia y layout – Punto de entrada de la dilución – Interacción de zonas de flujo – altura de interacción – Efecto visera / geometría de zanja en recuperación mineral
Large 3D Physical Model Largest physical model built to study gravity flow in caving environments Measurements in fully 3D conditions: Extraction Zones: Zones: Zone extracted trough draw Movement Zones : Zone under motion as broken material is extracted trough drawpoin drawpoint(s)t(s)- Draw Zone Vertical stresses at the simulated production level Horizontal stresses at model walls
Sumary mechanisms observed Drawp awpoin oint spa spacing cing < IMZ IMZ diame iamete terr
Drawp awpoin oint spa spacin cing > IMZ IMZ dia diame mete ter r
Arching ocurrs when when material is contained in a reservoir (Janssen, 1898)
Vertical Vertical stress increases as IMZ do not overlap (30%) Collapse depends on material
Example Design guideline from Physical Model results Worked Example
55 1:30 scaled results
50
) m ( Z M I f o h t d i W
1:100 scaled results
Heigth of draw:
45
200 m
40
IMZ at 200 m = 31 m
35
For mass flow occurring at 100 with
30 25
S= 16 m
20
Recommended maximum drawpoint spacing:
15 10
16 m
5 0 0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
Height (m)
Definición mallas de extracción De=14m
Altura de 150 m de altura extraíble ley 1% CuT
310,000
$ 260,000 S U k [ o c i 210,000 m ó n o c E o i 160,000 c i f e n e B
Distancia entre estocadas de 14 m Considera caso de “costos por recuperación” por
110,000
60,000 26
28
30
32
34
36
Distancia Distancia entre calles calles de producción producción [m]
De=14m
38
40
problemas de estabilidad
Diseño mallas caving inclinado
Malla de extracción inclinada
Espaciamiento puntos Manteo plano
dd dv
Nivel desfasado
Fragmen tación
Distancia Vertical, dv
Distancia Manteo, dm
Down Dip dd
35 °
Media
12
12
17
35 °
Gruesa
15
15
22
40 °
Fina
10
10
12
40 °
Media
12
12
14
40 °
Gruesa
15
15
18
40 °
Muy gruesa
18
15
22
Modelo físico usado en King, Gath section (Laubscher, 2000)
Tipo Egg-box
Bell Mine (Laubscher 2000)
Minas que han usado metodos inclinados • King Mine
10- 12,5 2000 tpd • Bell Mine 15 m 5000 tpd
