Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería en Minas.
MÉTODO DE EXPLOTACIÓN
BLOCK CAVING
Integrantes: Integrantes: Fernanda Romero y Óscar Santander Ramo: Métodos de Explotación Profesor: Bernardo Reyes Ayudante: Juan Pablo Vergara Coordinación: Martes 8:00 am.
1. RESUMEN EJECUTIVO El presente trabajo trata sobre el estudio del Block Caving, un método subterráneo de extracción de mineral. Primero, se introducirá a grandes rasgos el método. A continuación, se mencionarán las condiciones de aplicación y algunos tipos de yacimiento que cumplen con estas condiciones. Luego, se analizará el método en profundidad, describiendo en detalle el método con todas las especificaciones técnicas necesarias. Finalmente se mencionan las ventajas y desventajas del método.
2. INTRODUCCIÓN La escasez de cuerpos mineralizados con buenas leyes ha obligado a la industria extractiva minera, desde hace ya varios años, a explotar yacimientos cada vez más profundos, cuyas características geológicas son aprovechadas al utilizar distintas técnicas de extracción. Block Caving o hundimiento de bloques es un método de explotación complejo, aplicado en minería subterránea a cuerpos masivos de mediana a baja ley, cuya característica principal es la fragmentación de la roca producto de los esfuerzos de la tierra y el aprovechamiento de la fuerza de gravedad para su transporte y posterior extracción desde puntos definidos. Se realiza la subdivisión del cuerpo mineralizado en bloques, cada uno de ellos considerado una unidad independiente de explotación, es de bajo costo y asegura altos niveles de producción.
3. OBJETIVOS -Conocer el método de explotación “Block Caving”. -Dar el puntapié inicial, para los ramos posteriores y dejar una base general en lo que se refiere este método de explotación. -Ayudar en gran medida a la compresión de toda la materia que comprende a la prueba final del ramo sistema de explotación. -Determinar ventajas y desventajas del método. -Con ayuda del programa AUTOCAD dar a conocer una representación idealizada de la forma y funcionamiento del método.
4. DESARROLLO DEL MÉTODO Este método consiste en el hundimiento y quiebre de mineral por la remoción de un área de soporte suficientemente grande desde la parte inferior de bloques de mineral previamente diseñados, utilizando las técnicas convencionales de perforación y tronadura. El mineral del fondo del bloque cae por la acción de la gravedad rellenando el vacío generado y es extraído sistemáticamente por la base a través de un sistema de embudos o zanjas recolectoras que han sido previamente preparadas, dando paso al hundimiento total del bloque (de abajo hacia arriba). La velocidad de este proceso dependerá de la estructura del material a hundir. Es importante señalar que tanto la gravedad como los esfuerzos internos de la roca son utilizados para romper el mineral hasta dejarlo de un tamaño adecuado para su manipulación en los puntos de extracción, ya que la presión en la masa rocosa irá incrementando a medida que aumenta la profundidad, permitiendo que el mineral se fracture en pedazos más pequeños. El proceso termina cuando se ha extraído toda la columna mineralizada.
Subsidencia:
Consiste en el movimiento de una superficie cuya componente vertical de desplazamiento es claramente predominante sobre su componente horizontal.
Subsidencia minera: por obras mineras o construcción de galerías subterráneas; consiste en el hundimiento de la superficie del terreno con motivo de la deformación y/o colapso de galerías generadas para la extracción de minerales o la construcción de túneles respectivamente cuando los terrenos colindantes intentan ocupar el suelo el vacío generado.
Se distinguen dos modalidades de aplicación de este método que calzan con la descripción anterior, pero que no se deben confundir. Por un lado está el block caving propiamente tal, en que cada nivel se subdivide en bloques virtuales de área basal entre 3.600 m2 (60 x 60 m) y 10.000 m2 (100 x 100 m), que se hunden sucesivamente en una secuencia discreta. Y por otro lado está el panel caving, que consiste en un hundimiento continuo de áreas o módulos de explotación de dimensiones menores, permitiendo mayor flexibilidad en la producción de la mina.
PROFUNDIZANDO EN ESTE MÉTODO TENEMOS: DESARROLLO Y PREPARACIÓN El desarrollo y la preparación del método deben ajustarse a las características del yacimiento. En general, las obras necesarias con: - Nivel de producción: conjunto de galerías paralelas espaciadas entre 15 a 30 metros donde se realiza la operación de extracción del mineral . - Nivel de hundimiento: conjunto de galerías paralelas espaciadas entre 15 a 30 metros a partir de las cuales se realiza la socavación o corte basal del bloque. Se ubica a una cota entre 7 a 20 metros sobre el nivel de producción. -Embudos o zanjas recolectoras de mineral: excavaciones que conectan el nivel de producción con el nivel de hundimiento que permiten la extracción del mineral en los puntos de extracción. -Piques de traspaso: son labores verticales o inclinadas que conectan el nivel de producción con el nivel de transporte. -Nivel de transporte: conjunto de galerías paralelas espaciadas entre 60 y 120 metros, donde llega el mineral desde el nivel de producción. Ahí a un sistema de transporte que lo conduce a la planta de chancado, que puede estar ubicada en superficie o en el interior de la mina.
-Subnivel de ventilación: conjunto de galerías paralelas espaciadas entre 60 y 120 metros, con los correspondientes cruzados de cabecera, ubicadas bajo el nivel de producción (15 a 30 metros). Incluye las chimeneas por donde se inyecta o se extrae hacia y desde el nivel de producción.
En esta imagen se nuestra claramente los niveles descritos .
HUNDIBILIDAD Para determinar si un yacimiento hundirá, es necesario aplicar un profundo estudio de mecánica de rocas. El grado de fracturamiento es un parámetro crítico a analizar. Para asegurar un buen hundimiento del mineral, varios sets de fracturas son esenciales. Idealmente se requieren dos conjuntos de fracturas verticales en ángulos rectos (o casi) entre sí y un tercero horizontal. Dado que el hundimiento se produce por la acción de la fuerza de gravedad, es poco probable que éste se produzca en ausencia de estos sets de fracturas que debilitan la masa rocosa, a menos de que se trate de una con características similares a la arena. El hundimiento del mineral solo será posible si la resistencia a la tracción de la roca es lo suficientemente baja. Cuando se estudia el yacimiento para determinar el método de extracción más apropiado, es necesario analizar la existencia de fracturas dispuestas de manera que el mineral se quiebre en tamaños que permitan una fácil operación en los puntos de extracción. Mientras más cerca se encuentren las fracturas, el mineral hundirá más fácil y la operación será más simple. TASA DE EXTRACCIÓN El material hundido debe ser extraído lo suficientemente rápido para evitar que se estanque en el nivel de hundimiento o undercut y con esto permitir que el hundimiento progrese normalmente hacia arriba. En general, material más fino permite mayores tasas de extracción. Normalmente el mineral hundirá y se fragmentará por su propio peso y por el de la sobrecarga, idealmente hasta llegar a un tamaño manipulable en la zona de extracción. Sin embargo, hay veces en que el mineral no llega al tamaño deseado y quedan pedazos de roca demasiado grandes estancados que detienen el normal hundimiento. En esos casos se debe aplicar tronaduras adicionales para que el mineral caiga a los puntos de extracción. Si la velocidad de extracción es mayor a la
velocidad de hundimiento del bloque, se generará un vacío sobre el material hundido que puede ser muy peligroso. También es posible, si la roca de la parte superior es lo suficientemente fuerte, que se forme una bóveda estable que impide seguir con el hundimiento. En este caso el bloque debe ser ampliado hasta que hunda o se debe inducir de alguna forma el hundimiento. Además, puede suceder que estéril se cuele en el vacío y se mezcle con el mineral, generando dilución. TASA DE PRODUCCIÓN La tasa de producción dependerá de las características propias de la mina donde se aplique el método. Factores como la infraestructura, el diseño, la tasa máxima de hundimiento permitida, la experiencia del personal, entre otras pueden afectar considerablemente el ritmo de producción. Sin embargo, la tasa de producción de un solo sector o unidad se encuentra entre las 10.000 y 40.000 toneladas por día. El máximo actual se encuentra en la mina DOZ perteneciente a Freeport, en Indonesia, donde la producción oscila entre las 77.000 y 96.000 tpd [3]. CONTROL DE LA DILUSIÓN La recuperación y la dilución son factores extremadamente importantes para que el método sea exitoso. Siempre se buscará maximizar la recuperación y minimizar la dilución. En este sentido, una extracción bien controlada es esencial para disminuir el efecto de la dilución. Zonas de estéril que fragmentan con una granulometría mayor que el mineral son mejores para obtener una baja dilución. Por el contrario, si el estéril fragmenta de menor tamaño, puede diluirse en el mineral y generar una alta dilución. Sin embargo, ésta puede ser controlada con una correcta estrategia de extracción. ALTURA DE BLOQUES La altura de los bloques es muy importante desde un punto de vista económico. Por un lado, los costos de desarrollo por tonelada son inversamente proporcionales a su altura. Por otro lado, mientras más altos los bloques, menor será la relación sobrecarga/mineral, favoreciendo a una menor dilución si el mineral se extrae de manera conveniente. La altura máxima de los bloques estará definida por profundidad del yacimiento y de las características del mineral y de la roca de caja. En cuanto al área horizontal de los bloques, ésta debe ser lo suficientemente grande para que el bloque pueda hundir, pero lo suficientemente pequeña para no ejercer demasiado peso en los puntos de extracción. VENTILACIÓN El block caving es un método que requiere un suministro intensivo de ventilación, en especial al nivel de producción, donde se concentran un conjunto de operaciones altamente contaminantes con presencia de personal: extracción y traspaso (polvo); tronadura secundaria (gases); y también, en muchos casos, carguío y transporte con equipo diesel (polvo y gases). La solución clásica es disponer un subnivel de ventilación ubicado unos pocos metros más abajo del nivel de producción (15 a 30 metros). Consiste en un conjunto de galerías paralelas coincidentes y alineadas con las galerías de cabecera o cruzados de acceso a los bloques. FORTIFICACIÓN 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 y concentración de esfuerzos asociadas al proceso de hundimiento. En presencia de roca poco competente con buenas características de hundibilidad, las soluciones consisten en una fortificación sistemática con marcos de madera o un revestimiento continuo de hormigón, dependiendo del área de la sección del
nivel de producción. Si las condiciones son menos rigurosas, puede ser suficiente un apernado conjuntamente con malla de acero y shotcrete. Cuando se trata de roca competente, generalmente se recurre a soluciones que contemplan progresivamente apernado sistemático, malla de acero y shotcrete.
4. CONDICIONES EN LAS CUALES SE PUEDE APLICAR EL MÉTODO. Para implementar óptimamente el block caving es necesario un yacimiento masivo de grandes dimensiones con mineral relativamente incompetente y debidamente fracturado. Idealmente debe tratarse de un mineral blando, fácil de seguir fracturando, que sea capaz de mantenerse firme mientras los bloques están siendo desarrollados y alistados para su socavamiento, pero que se rompa fácilmente al momento de hundir. Es importante mencionar, eso sí, que la tecnología disponible hoy en día permite su aplicación en macizos rocosos que presentan mayor dureza y alta resistencia a fragmentarse. Debe existir suficiente área horizontal disponible para iniciar el proceso de hundimiento y expandir sus niveles. La superficie debe hundir y permitir su subsidencia a medida que el mineral subyacente va siendo removido. El peso de la sobrecarga ayudará a fragmentar el mineral, además debe romperse en pedazos de roca gruesos que resistan el desgaste mientras el mineral es removido en la parte inferior para evitar que éste se diluya. Cuando la sobrecarga es blanda, ésta puede fragmentarse en pequeños pedazos y mezclarse con el mineral, generando una alta dilución. Por tratarse de un método no selectivo y de extracción masiva que no permite extraer sectores específicos del yacimiento o separar porciones de baja ley, es fundamental que el contorno del cuerpo mineralizado sea regular, que sus lados sean lo más perpendicular posible al plano horizontal y que la distribución de leyes sea lo más uniforme posible. Vetas anchas, mantos profundos y cuerpos voluminosos capaces de hundir son adecuados para su aplicación. Dadas estas limitantes, este método se utiliza típicamente en la minería del hierro, en depósitos de molibdenita diseminada y en otros yacimientos diseminados de baja ley como pórfidos cupríferos, los que juegan un rol muy importante en nuestro país por su gran ocurrencia e importancia económica.
5. DÓNDE SE UTILIZA EL MÉTODO… Esta imagen de la Introducción EduMine Curso a Block Caving proporciona una vista rápida de las diferentes operaciones de hundimiento por bloques de todo el mundo.
A fines del siglo XIX, el método de explotación de Block Caving fue desarrollado en las minas de hierro de Menominee Ranges. A comienzos de siglo XX, se aplicó este método de explotación en las minas de cobre ubicadas en el Oeste de Estados Unidos. En el año 1982, se implementó en este yacimiento una variante evolucionada, denominada Panel Caving, a consecuencia del aumento de la dureza de la roca del yacimiento, por efecto de su profundización. Posteriormente, esta variante sufre modificaciones a fin de controlar los fenómenos de “estallidos de rocas”, surgiendo con esto el Panel Caving con hundimiento previo y
hundimiento avanzado. El ejemplo más cercano a nosotros es la Mina El Teniente de Codelco. Inicialmente la explotación del mineral se realizaba por medio de Shrinkage Stopping y Pillar Caving , incluso en algunos sectores como Fortuna (sobre la cota 3269 m.s.n.m) se explotó utilizando Open Stopes. Posteriormente se incorporó el Block Caving con traspaso manual , alrededor de los años 40’ . Estos métodos se aplicaron en los niveles superiores del yacimiento, en roca secundaria, la cual presenta una gran cantidad de fracturas, que facilita la explotación por métodos de hundimiento, entregando una granulometría bastante uniforme y de tamaños menores a 1 metro, no siendo necesaria la incorporación de equipo mecanizado para la reducción y el traspaso.
6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO Ventajas -
Método de bajo costo y muy económico Es altamente productivo. La producción es centralizada y permite supervisión eficiente. Esto conlleva a altos índices de productividad por trabajador y buen control de seguridad. El control de la ventilación es simple en comparación con otros métodos. Es aplicable a yacimientos de baja ley.
Desventajas: -
-
-
La preparación de los bloques requiere de mayor tiempo y dinero que otros métodos Mantener las galerías en el área de extracción puede ser costoso y puede interferir con la producción Aumentar la producción puede tomar mucho tiempo por el largo tiempo que se demora la preparación de nuevos bloques. El detener la extracción de mineral por un período considerable de tiempo puede traducirse en la pérdida total de los túneles de desarrollo del área involucrada si se generan problemas de peso en ese punto La recuperación de mineral puede ser baja si se dan condiciones adversas y hay un peligro constante de perder mucho mineral si no se implementa una política de extracción adecuada El método es inflexible. Es muy difícil cambiar a otro método de extracción.
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El block caving es un método de producción masivo, de gran escala, aplicable a yacimientos de baja ley; sin embargo, el cuerpo mineralizado debe cumplir algunas condiciones específicas para implementar de manera exitosa el método. Éstas son: -
-
El yacimiento debe ser masivo y de grandes dimensiones Debe presentarse con una fuerte inclinación (ojalá perpendicular a la horizontal) y ser largo vertical y horizontalmente Luego del socavamiento en los niveles de hundimiento, la roca debe ser capaz de hundir sin mayores problemas y fragmentarse hasta lograr un tamaño manejable. Las condiciones de la superficie deben permitir la subsidencia del área hundida. Éste método utiliza la gravedad y los esfuerzos internos de la roca para romper el mineral de bloques de gran dimensión y dejarlo de un tamaño adecuado para su manipulación. Al aprovechar estas fuerzas naturales, bajas tasas de perforación y tronadura son necesarias al momento de producir. Lo
anterior hace que el block caving sea un método con altas tasas de producción y bajos costos.
8. BIBLIOGRAFÍA http://mineriadelcobre.wordpress.com/2012/04/09/explotacionsubterranea-por-block-caving/ http://es.wikipedia.org/wiki/Mina_El_Teniente http://technology.infomine.com/reviews/Blockcaving/welcome.asp?view=ful l
MODELOS AUTOCAD 1. Modelo Block Caving en AutoCad en 2D
2. Modelo Block Caving en AutoCad en 3D.
