Diseño minas explotadas por Sub Level Caving (SLC)
Definición
Sublevel caving es un método de explotación masivo subterráneo basado en la utilización de flujo gravitacional del mineral tronado y diluyente hundido
Condiciones ideales • Roca de caja dura, diseño de pilares • Roca competente, con pocas estructuras (formación de cuñas) • Pocas estructuras mayores • Yacimiento verticales • Esteril con algun contenido del mineral de interes • Depositos masivos • Fragmentación gruesa del esteril • Condiciones secas • Buena hundibilidad del esteril para el poligono de extracción
Descripción • Mineral es fragmentado a través de tronadura • Diluyente o roca huesped hunde bajo la acción de esfuerzos inducidos y gravedad. • Es un método “top down” • Desarrollo de puntos de extracción mobiles o subniveles • Cabezera en slot al final de la calle de producción. • Mineral es tronado con perforación radial • Pre-carguío de explosivo es de 3-4 paradas • Secuencia de extracción obedece a regla de 45° en paneles
Ventajas • Minería tipo “top-down” – Producción desde niveles mas superficiales con la consecuencia entrada en producción.
• Flexibilidad – Se puede conocer de mejor forma la mineralización a medida que se realizan los desarrollos.
• Selectividad – Si se encuentran bolzones de baja ley se puede solo se extrae el esponjamiento – Tronadura que resulte en fragmentación más gruesa
• Productividad – En yacimientos masivos se pueden efectuar las operaciones unitarias en varios niveles. – Se pueden estandarizar e industrializar, concepto de “rock factory”
Ventajas • Riesgo – Menor cantidad de reservas sujetas a riesgo de ser recuperadas por punto de extracción – Mineral perdido puede ser recuperado en niveles inferiores por sobre-tiraje.
• Seguridad – Minería realizada en galerías soportadas
Desventajas •
Dilución, mineral rodeado de esteril
•
Todo el mineral debe ser tronado
•
Recuperación baja o alta con dilución (>20%)
•
Alta cantidad de desarrollos
•
Subsidencia en superficie
•
Parámetros de flujo gravitacional no conocidos previo a la explotación (requiere pruebas en terreno para optimizar las operaciones)
•
Requiere un control estricto de los parametros de perforación y tronadura ya que esta se realiza en abanicos y en condiciones confinadas – concentración no uniforme de energía del explosivo puede generar back break, congelamiento de tiros, fragmentación gruesa.
Evolución del metodo de explotación SLC convencional
SLC modernos
Aplicado a mineral poco competente Mineral de desarrollos: 15-20% Recuperación : 80-85% Dilución: 30-35% en volumen Distancia entre subniveles: 7 – 15 m Punto entrada dilución
Aplicado a mineral competente Mineral de desarrollos: 7% Recuperación : 90-100% Dilución: 15-24% en volumen Distancia entre subniveles: 20-30 m Punto entrada dilución: > 50%
Indice de desarrollo (ton desarrollo/ton ring) = 0.178 t/t
Indice de desarrollo (ton desarrollo/ton ring) = 0,055 t/t
Volumen disponible para tronadura 17,8%
Volumen disponible para tronadura 5,5 %
Esquema clásico en SLC
SLC- modernos
Comparación de diseños- SLC
Parámetros de diseño – – – – – – – – –
Distancia entre subniveles Distancia entre drifts en el mismo nivel Ancho de puntos de extracción Forma de puntos de extracción Parámetros de perforación y tronadura en rings Slots Control de la fragmentación Control del tiraje Estabilidad
Revisión guías de diseño SLC
Guías propuestas de diseño • Kvapil (1982,1992)- diseño SLC convencional basado en conceptos de tiraje aislado • Kvapil (2004) – diseño SLC para diseño tipo silo • Bull y Page (2000)- Teoria interactiva aplicada al diseño del SLC y su operación • Hustrulid (2001) – Diseño basado en parámetros de perforación y tronadura • Hustrulid & Kvapil (2008) – diseño SLC modernos
Modelos de flujo gravitacional (Kvapil, 1992)
Pared lisa
Ensayos de FG en SLC
Pruebas usando marcadores físicos (Janelid, 1973)
Comparación pruebas con modelos escalados de arena
Determinación de espaciamiento
Definición de altura de elipsoide de extracción
Influencia de condiciones de borde en el flujo gravitacional
Influencia de la geometria de salida en el ancho de extracción
Efecto sobre ancho de extracción
El ancho aumenta un 20% para el caso de 80° de inclinación
Efecto sobre profundidad de extracción
1. Metodología de diseño (Kvapil, 1992)
Determinar: SD: espaciamiento entre galerías (m) HS = distancia entre niveles (m) Dados: WD= ancho punto extracción,m HD= altura punto de extracción,m
SLC tradicional (Kvapil, 1992)
Ancho efectivo
Ancho en % de galería para distintas formas de punto de extracción
Ancho de elipsoide de extracción Ancho W´en función de la altura total del elipsoide de extracción Ht (m)
2 H S Ht 3 Ht determinado por largo máximo de perforación: SLS convencional : 20-30 m
WT W ´ a 1.8 a, ancho efectivo de extracción
Espaciamiento y burden Burden estimado Hs <= 18 m
WT SD 0.6
Hs > 18 m
WT SD 0.65
SLS Convencional Hs=20-30 m
SD H S
d t WT b 2 4
Ejercicio 1 • Determine los parámetros de diseño del nivel de producción de una mina a ser explotada por SLC convencional para las siguientes condiciones: – – – –
Ancho punto de extracción 5 x 4 m Altura máxima de perforación 30 m Mineral corresponde a porfido de cobre Fragmentación fina (< 200 mm)
Diseño SLC tipo silo • Tipo 1: material tronado fino • Tipo 2: material tronado hasta 0,3 m • Tipo 3: material tronado hasta 0,6 m • Tipo 4: material grueso con bolones de 0,75 m o mas ocasionales • Hn, 2 x altura subniveles SLC modernos > 20 m, geometría tipo silo (Kvapil, 2004)
Diseño: ejemplo SLC tipo silo Suponga una altura entre subniveles de 25 m
hN 25 x 2 50 m Suponga burden de 3 m y 80° inclinado Tronadura estándar clase 3 Dimensiones de calles es 5 x 3,8 m De gráfico de diseño bn= 18 m (ancho elipsoide de extracción a 50 m) Bn( inclinado) = 1,15 * 18 m= 20,7 Bn(inclinado) = 1,1 * 18 = 20 m (disminuye factor de seguridad)
Diseño SLC modernos Diseño SLC: 1. Punto de extracción 5 x 4, 6 x 5, 7 x 5 (LHD) 2. Burden y espaciamiento:
ANFO B= 20 D Mas energeticos B=25D B/S = 1.3
Ejemplo: Ref. Bullock y Hustrulid (2001)
D= 115 mm; emulsión
Planning the undeground Mine on the Basis of Mining Method Underground Mining Methods, Engineering fundamentals and International Case Studies, SME.
B= 3 m
E= 4 m
Intervalo subniveles 25 m
Intervalo subniveles 25 m Angulo base 70° (flujo)
Angulo 55° para quebrar mineral en el apex Reducir largo maximo perforación
Ubicación disparos en el ring Buffer se deja de un 1 entre los bordel del ring - Tiros inclinados 70°-80° para mejorar la estabilidad de la visera y acceso para cargar los disparos. Superposicipon elipsoide de extracción
Guías de diseño SLC – modernos (revisado, 2008) 1. WD, HD, ancho y altura de punto de extracción determinado por equipos 2. Hs, determinado por altura de perforación 3. SD = 2,4 WD (Hs > 15 m) 4. Burden
B 2 Rd Pe,exp Rd 20 rh Pe, Anfo
Ref. Hustrulid y Kvapil (2008)
2.65
roca
Guías de diseño SLC – modernos (revisado, 2008) 4. Espaciamiento entre disparos radiales
ST 1.3B 5. Espaciamiento entre disparos paralelos
ST B 6. Inclinación disparos. 70-80° hacia el caving
Ejemplo • Determine los parametros de diseño de SLC con los siguientes datos: – D = 115 mm – Equipo LHD 13 yd3 – Explosivo: Emulsión (Pe,expl=3900 MPa)
Ejercicio – cálculo parámetros de diseño SLC Diametro perforación Ancho galería WD Altura galería HD
115 mm 7m 5m
Explosivo Presión explosivo Densidad de roca
3900 Mpa 4.6 ton/m3
Intervalo subniveles Hs
25 m
Espaciamiento
Hs
17 m
Burden
B Rd/rh Rd B
23.69988993 1.4 metros 2.73
Espaciamiento entre tiros (radiales) e
3.5
metros
3.0
metros
Espaciamiento entre tiros (paralelos) e Inclinación alpha
80°
Longitudinal o trasversal? SLC Transversal
SLC Longitudinal
-Produce mas puntos de extracción -Slot corta los esfuerzos inducidos -Relajación puede provocar inestabilidad estructural. - Más desarrollo en estéril
-Menos puntos de extracción -Desarrollos en mineral -Esfuerzos perpendiculares a pilares -Estructuras confinadas -Menos productivo -Mayores requerimientos de ventilación
SLC - Transversal versus longitudinal SLOT Desarrollos en esteril Frente amplio
SLOT
Frente angosto
Slots 1. Slot individual con chimenea al final de cada galería de extracción
Chimenea
2. Continuo con una chimenea a un extremo en un desarrollo perpendicular
Chimenea
Slots 3. Quemar hacia la galería de producción
4. Quemar hacia una galería perpendicular
Guía de buenas prácticas operacionales en SLC • Desarrollos • Soporte: El objetivo del soporte es mantener la forma de las viseras, mantener collares estables, reducir back break, y producir condiciones de carguío seguras. – Soporte sistemático: Split set y malla – Soporte estructural: pernos lechados con planchuelas resistentes – Cables en pilares
Guía de buenas prácticas SLC • Tronadura producción, el objetivo de la tronadura es arrancar el mineral, compactar el esteril, previniendo tiros quedados y creando buena fragmentación que se traduzca en interacción y alta productividad.
Método de extracción
LHD de poca capacidad
LHD de gran capacidad
Riesgos operacionales •
Daño en viseras – – –
•
Pilares –
•
•
Dificultad en quebrar el mineral en altura, produce que el esteril fluya alrededor
Paredes –
• •
Estabilidad de pilares por abutment, estructuras
Puentes –
•
Cuñas Back break, falla por esfuerzos provoca corte de tiros
Sobre consolidación de esteril
Congelamiento de tiros Pilares entre zonas de extracción, pilar no quemado en los bordes Sobretamaño, debido a desviación de tiros
Riesgos operacionales • Cuñas • Colgaduras (caving) • Slot incompletos • Perdida de tiros – Corte de tiros – Cierre de tiros
Recuperación y dilución en SLC
Dilución en SLC convencional
Mecanismo de mezcla en SLC
Fuentes de dilución en SLC
Dilución observado en SLC modernos Pulsación de esteril debido a diferentes porcentajes de volumen disponible
% de esteril puntual mina Kiruna 80% recuperación 20% dilución
SLC- Benchmark
Minas en estudio Mina
Dueño
Ubicación
Metal
Producción diaria
Kiruna
LKAB
Suecia
Hierro
76,000
Malmbergert
LKAB
Suecia
Hierro
45,000
Perseverance
BHP
Australia
Niquel
5,000
Ridgeway
Newcrest Australia
Oro/Cobre 16,500
Stobie
Inco
Niquel
Cánada
5,000
Bench mark SLC Parámetro Diseño Espaciamiento entre galerías Espaciamiento entre subniveles Ancho Pilar Ancho galeria Altura galería
m m m m m
Stobie 17 31 18
Ridgeway 14 30 14
Perseverance 15 25 15 5
Malmbergert 22 28 22.5
Kiruna 24.75 28 25 7
Inclinación rings Angulo shoulders
° °
70 45
80 65
75 30
80 68
80 72
Explosivo por disparo Factor de carga Densidad emulsión
ton Kg/t g/cc
2 0.75 1.25
1.1 0.4 1.1
1.25 0.4 1
2.5 0.25 1.2
3.0 0.25 1.2
Producción diaria Disponibilidad puntos extracción Productibilidad relativa (ton/dp/día) Recuperación ley Entrada dilución Fortificación
ktpd número
5,000 25 200 65
16,500 41 402 90
5,000 12 417 81
45,000 65 692 75
76,000 86 884 75
% %
20 2.2 - 15 pernos/metro
Estudio de caso Pruebas SLC en terreno
Trial design-Ridgeway Mine •
•
•
Marker design – Steel pipe, 300mm lengths, 40mm Ф – Filled with grout to simulate rock density – Individual marker IDs welded on markers – Redcaps and Spiders used to hold markers up hole Marker Installation – Installed using explosives charging truck – Grouted into the hole to ensure position is maintained – Approx. 300 markers in a monitored ring Marker Recovery – From magnets on ore handling level – Tests with markers placed into ore passes show 100% recovery of drawn markers
Ring designs •
Blast Rings – 7 hole pattern – Emulsion 1.1 density – Holes double primed – Pre-charging system used – 25m sublevel spacing – 6m wide drives – 14m XC spacing
•
Marker Rings – 2 – 3 marker fans per burden – Markers spaced at 1m intervals down hole – Holes offset in successive marker fans
Assessment Modeled in 3D to assess – volume recovered for 20% increments of primary draw – Volume back break – Width of draw – Depth of draw – Estimated time and location of dilution entry – Secondary recovery – Tertiary recovery
Back-break recovered previous ring blast Primary recovery from blasted ring
Secondary recovery from level below
Typical primary recovery results • • • •
•
•
Average width of draw 11-12m No interaction between adjacent rings Depth of draw variable with height Draw proceeds up front of ring and deepens Flow cyclic and variable in individual rings – not the same as in physical models Average Primary recovery 60% at 120% draw – consistent across many rings tested
