METODO SUBLEVEL CAVING HISTORIA Y EVOLUCION DEL METODO El método Sub Level Caving nació originalrnente como un método aplicable a roca incompetente que colapsaba inmediatamente después de retirar la fortificación. Se construían galerías fuertemente sostenidas a través del cuerpo mineralizado, se retiraba la fortificación y el mineral undía espont!neamente para luego ser transportado fuera de la mina. Cuando la dilución llegaba a un punto e"cesivo, se retiraba otra corrida de fortificación y se repetía el proceso. Este método tenia alta dilución y poca recuperación, pero fué el #nico aplicable a ese tipo de roca en esos tiempos dada la tecnología involucrada. En épocas recientes, el método a sido adaptado a roca de mayor competencia que requiere perforación y tronadura. Evidentemente de$ó de tratarse de un método de undimiento en referencia al mi neral, pero el nombre original a perdurado.
3.2.- DESCRIPCION DEL METODO 3.2.1.- Descripci! Ge!er"# 3.2.1.1.- C$!%i&'r"ci! T(pic" En el método Sub Level Caving se desarrollan galerías paralelas separadas generalmente de % a &' m . en la orizontal, conocidas como galerías de producción (llamadas com#nmente t ambién cruzados de producción )*+. Los subniveles se ubican a través t ravés del cuerpo mineralizado en intervalos verticales que varían, en la mayoría de los casos, de a &- m. La e"plotación queda de este modo diseada seg#n una configuración geométrica simétrica. /eneralmente, el acceso a los subniveles es por medio de rampas comunicadoras. Los subniveles est!n comunicados adem!s por medio de piques detr!s paso con un nivel de transporte principal que generalmente se ubica ba$o la base del cuerpo mineralizado. Las galerías de producción correspondientes a un mismo subnivel se conectan en uno de los e"tremos por una galería de separación o slot y en el otro e"tremo una galería de comunicación, en esta #ltima, sé en encuentran los piques de traspaso. La galería de separación sirve para construir cimeneas de rainura que permiten la generación de una cara libre al inicio de la producción de la galería. El método Sub Level Caving se aplica generalmente en cuerpos subverticales como vetas, brecas y diques. 0ambién 0ambién puede ser aplicado en cuerpos orizontales o suborizontales que sean de gran potencia. La configuración de los subniveles se puede adecuar a los disti ntos cuerpos y a formas irregulares1 se distinguen dos configuraciones principales2 en cuerpos ancos se usa una configuración transversal1 cuando el cuerpo es angosto esta configuración es impracticable, por lo que las galerías deben girarse en la dirección del cuerpo adoptando una configuración longitudinal.
3.2.1.2.- Oper"ci! )e# M*+$)$ La operación consiste b!sicamente en la perforación de ti ros en abanico desde los subniveles acia arriba, atravesando el pilar superior, la posterior tronadura de las perforaciones, el carguío y transporte secundario del mineral tronado asta los piques de traspaso t raspaso y su posterior transporte desde los buzones de descarga del nivel de transporte principal acia su lugar de destino. En la ,i&'r" N .1 se aprecian las distintas etapas involucradas.
34 comienzo de la e"plotación, se debe producir el undimiento desde el nivel superior, este se consigue generando un !rea de radio idr!ulico superior al que resiste la roca o induciendo el undimiento por medio de e"plosivos. *ara conseguir un radio idr!ulico adecuado, se puede construir el subnivel superior similar al método de Caserones y *ilares y posteriormente e"traer los pilares. 3 medida que se e"trae el mineral, el estéril adyacente unde, rellenando el espacio creado y llegando a producir subsidencia en la superficie. 5e esta forma, el mineral in situ se ve rodeado por tres caras de material undido (cara, frente y costado+. El flu$o masico parcial (6+, tiene contacto con el plano vertical de la frente
del subnivel, mientras que la zona restante del elipsoide (3+ tiene un flu$o gravitacional normal /,i&'r" N0
.2. 34 producirse la e"tracción en los frentes de l as galerías de producción, se produce el escurrimiento del mineral y del material quebrado1 este escurrimiento se comporta seg#n lo que se conoce como flu$o de material grueso. La e"tracción desde un frente de galería de producción, llamado también punto de e"tracción, continua asta que ingresa estéril en una cantidad tal que la ley e"traída ya no es económica, en este momento, sé trona la corrida de abanico contigua y se repite el proceso. La producción en este método proviene, tanto de los frentes de e"tracción, como de las labores de desarrollo realizadas en mineral1 generalmente, entre un &' a un 789 de la producción proviene del desarrollo de nuevos subniveles.
Se a podido demostrar que el ingreso de estéril va en aumento a medida que progresa la e"tracción y aparece generalmente luego de e"traer un '89 del t onela$e total tronado, sin embargo, e"isten numerosos factores que pueden apresurar o retardar su aparición. *ara un buen control de la dilución se requieren viseras fuertes y una buena fragmentación. La vi sera es la esquina formada por el e"tremo superior de las galerías de producción y el frente de éstas, entonces, para tener estas condiciones el mineral debe ser l o suficientemente competente como para autosoportarse sin: e"cesiva fortificación y debe permitir la perforación y tronadura de tiros de m!s de &' m. de largo, para generar así viseras resistentes. El estéril o roca de ca$a debe ser lo suficientemente incompetente como para quebrarse espont!neamente y undir. *ara conseguir una menor dilución es aconse$able que el estéril quiebre con una fragmentación mayor que la del mineral tronado.
3.2.2.- Ve!+""s Des4e!+""s- )e# M*+$)$ Las principales 4e!+""s de este método se detallan a continuación : El método puede ser aplicado en roca ;de muy competente a moderadamente competente;. : *uede adecuarse a cuerpos irregulares y angostos. : Es un método seguro ya que todas las actividades se realizan siempre dentro de las galerías debidamente fortificadas y nunca en caserones abiertos. : 5adas las caracteristicas de configuración y de operación, este método es altamente mecanizable, permitiendo importantes reducciones de costos operativos. : 0odas las actividades que se realizan son especializadas, simplific!ndose el entrenamiento y mano de obra requerida. : 34 no quedar pilares sin e"plotar, la recuperación puede ser alta. : El método es aplicable a recuperación de pilares en faenas ya e"plotadas. : Las galerías se distribuyen seg#n una configuración uniforme. : Se puede variar el ritmo de producción con facilidad permitiendo gran fle"ibilidad. : La estandarización y especialización de las activi dades mineras y del equipamiento permite una alta fle"ibilidad de las operaciones y una utilización de los equipos en distintos niveles. : Las actividades mineras son de f!cil organización ya que e"iste poca interferencia entre ellas. : Se puede llevar la perforación adelantada lo que da olgura en caso de imprevistos. : Efectuar los desarrollos en mineral, permite obtener beneficios en el corto plazo e incluso en el periodo de preparación. 3dem!s permite un me$or reconocimiento del cuerpo mineralizado y disponer de mineral para efectuar pruebas y a$ustes de los procesos metal#rgicos involucrados. Las principales )es4e!+""s del Sub Level Caving son2 : Se debe admitir un cierto grado de dilución del mineral. : Se debe implementer un control de producción acucioso. : E"isten pérdidas de mineral1 al llegar al punto limite de e"tracción, el mineral altamente diluido remanente se pierde, adem!s se pueden generar zonas pasivas, es decir, sin escurrimiento, lo que implica pérdidas. : El método requiere un alto grado de desarrollos. : 3l generarse el undimiento, se produce subsidencia, con destrucción de la superficie, adem!s, las labores permanentes como cimeneas de ventilación y rampas deben ubicarse fuera del cono de subsidencia requiriéndose mayor desarrollo.
3.3.- ,UNDAMENTOS DEL DISE5O MINERO La principal interrogante en el diseo de un Sub Level Caving es la determinación de la geometría, la cual debe satisfacer tanto como sea posible los par!metros de flu$o gravitacional. Esto significa determinar el anco y el espesor del elipsoide de e"tracción para una cierta altura de e"tracción.
, crece en dimensiones a medida que la e"tracción aumenta, manteniendo una relación de e"centricidad pr!cticamente constante, e igual a 2
Con a y b semie$es mayor y menor, respectivamente. En rigor la e"centricidad aumenta con l a altura. La e"centricidad (E+ varía de acuerdo al tipo de material (granulometria, viscosidad, umedad, etc.+. Este elipsoide se denomina ;Eiipsoide de 5esprendimiento;. En el instante inicial, el mineral se encuentra dispuesto sin contaminación y estéril sobre él. 34 inicio de la e"tracción comienzan a moverse las distintas capas permitiendo la salida del mineral, en tanto que el estéril desciende sobre él. En la ,i&'r" N .3 , la fase ;a; representa el modelo donde se marca claramente el elipsoide de e"tracción, ubicando el ape" < a una distancia n (altura del elipsoide de e"tracción+ sobre la abertura de descarga, y siendo n el plano orizontal original que pasa a través del ape" <, el cual es flectado acia aba$o, formando los flu$os de salida &, <, 7. Los puntos & y 7 interceptan el elipsoide de desprendimiento a la altura n, cabe sealar que el di!metro medio del embudo de salida de los puntos & y 7 es igual a la sección orizontal del elipsoide de desprendimiento medido a la altura del punto ape". El volumen del flu$o de salida es el mismo que el volumen del elipsoi de de e"tracción. El mayor movimiento se encuentra en el centro de la abertura, definiendo una gradiente de velocidades de escurrimiento. El instante en que termina de salir el mineral y comienza a salir el estéril, se a acumulado una cantidad de mineral, equivalente al volumen encerrado por él, que se denomina ;Elipsoide de E"tracción;, con una altura n y un anco m!"imo >t. Lo anterior se representa en la ,i&'r" N . para la cual se deben tener las siguientes consideraciones 2 ?c 2 ?olumen de material e"traido EE 2 Elipsoide de e"tracción ?EE 2 ?olumen del elipsoide de e"tracción
n 2 3ltura del elipsoide de e"tracción EL 2 Elipsoide de desprendimiento ?EL 2 ?olumen del elipsoide de desprendimiento L 2 3ltura del elipsoide de desprendimiento @ 2 Saiida del embudo ?@ 2 ?olumen del embudo de salida
Entonces para una columna constituida por un segmento de mineral y otro segmento de estéril en la parte superior, se define el elipsoide de e"tracción como aquel volumen que es e"traido sin llegar a ser contaminado por estéril de sobrecarga. Este elipsoide est! contenido dentro del elipsoide de desprendimiento y, empíricamente se an encontrado relaciones apro"imadas entre los ancos y alt uras correspondientes. El elipsoide de e"tracción tiene la singularidad de que todas las particulas que se encuentran en su manto, tienen la misma velocidad. Las dimensiones de éste elipsoide determinan, en principio, la geometría y disposición de los puntos de e"tracción (subniveles+. Atras caracteristicas del comportamiento del flu$o gravitacional de particulas o fragmentos, tienen relación con la velocidad de escurrimiento o rela$ación /,i&'r" N .6+ son 2 &. *artículas m!s finas y redondeadas, fluyen m!s r!pidamente. 7. *articulas m!s gruesas y angulosas, fluyen m!s lentamente. -. *articulas m!s finas conforman elipsoides m!s esbeltos. B. *articulas m!s gruesas y angulares conforman elipsoides m!s ancos. *or lo tanto, si e"iste una disposición de fragmentos cuya parte superior es de particulas gruesas y angulosas y en su parte inferior partículas finas y redondeadas, entonces, la parte inferior fluir! m!s r!pidarnente, es decir, con mayor movilidad que la parte superior y viceversa.
En el caso del anco del elipsoide, se necesitarón puntos m!s distanciados si los fragmentos son gruesos y m!s $untos si son m!s finos.
3.3.1.- Di7e!si$!es )e# E#ips$i)e )e E8+r"cci! 5ado que la e"centricidad del elipsoide aumenta con su altura, para una misma fragmentación, a mayor altura, m!s delgado es el flu$o. Esto es bien conocido en 6loc Caving, donde con bloques altos, el flu$o gravitacional concentrado en un #nico punto de e"tracción, puede llegar a formar cimeneas con paredes casi verticales. Con la misma fragmentación, el flu$o gravitacional de un material de alta densidad (por e$emplo @ierro tronado+, ser! m!s delgado que el flu$o de un material de ba$a densidad (por e$emplo Dineral de Cobre tronado+. Se a determinado en forma empírica que el anco total del elipsoide de e"tracción (>t+, es también función de la geometría de las galerías de producción, es decir, del anco, altura y forma del teco. Luego, adem!s de su componente intrínseca relacionada al tipo de material involucrado, el anco m!"imo del elipsoide de e"tracción puede variar de acuerdo al diseo. En l a ,i&'r" N .9 se representa lo anterior, y en ella se indica el anco efectivo de e"tracción como un porcenta$e del anco de la galería de producción en función de la forma del teco de esta. *ara e"cluir el factor variable de diferentes tamaos de aperturas de e"tracción, las operaciones fueron normalizadas a través de un anco teórico de elipsoide de e"tracción (>+, asumiendo e"tracciones a través de un tamao de apertura mínimo. *ara materiales de alta densidad el anco teórico > es mostrado en la ,i&'r" N .: , como función de la altura de e"tracción t. En Sub Level Caving, la altura de e"tracción total (t+ en el mineral est! normalmente entre &' y 7F m. El anco de e"tracción efectivo es usualmente m !s grande que el mínimo tamao de apertura (en &, m+, y por lo tanto el anco de e"tracción total >t puede ser calculado en metros usando la siguiente relación empírica 2 >t G > H a :&, > G f (t+ Curva0eórica a G >d " ft 5onde >d 2 3nco de las galerías de producción. a 2 Es el anco efectivo de e"tracción (m+ dependiendo dela forma del t eco de la galería /,i&'r" N .9. ft 2 @actor de forma del radio de curvatura del teco de la galería.
*or otro lado el espesor del elipsoide de e"tracción (dt+ viene dadopor la siguiente relación 2
3.3.2.- Esp"ci"7ie!+$ 4er+ic"# e!+re s';!i4e#es /t. Esto ocurre airededor de 7I- ( es la altura de e"tracción sobre el teco de la galería+. 5espués de la e"tracción, un pilar con forma triangular queda en la parte superior cubierto de una zona pasiva con mineral remanente que puede ser parcialmente recuperada desde el nivel inferior. *or lo tanto, la altura de e"tracción total es la distancia entre el piso del nivel inferior y el ape" 3 (definido por la intersección de dos planos a F8J+ con mineral remanente /,i&'r" N .=+. *ara el an!lisis de la figura se deben tener las siguientes consideraciones 2 2 3ltura de e"tracción sobre el teco de la galería >t 2 3nco m!"imo del elipsoide de e"tracción Sd 2 Espaciamiento orizontal entre galerías >d 2 3nco de las galerías de producción d 2 3ltura de las galerías de producción s 2 Espaciamiento vertical entre subniveles t 2 3ltura total de e"tracción >l 2 3nco del elipsoide de desprendimiento en la sección orizontal en que el elipsoide de e"tracción tiene su anco m!"imo b 2 3nco de la ta$ada tronada (burden+
3.3.3.- Esp"ci"7ie!+$ <$ri>$!+"# )e &"#eri"s /s) Se necesita determinar el anco del elipsoide de desprendimiento (>+ en una sección orizontal $usto al nivel donde el elipsoide de e"tracción tiene su anco m!"imo >t. El anco del elipsoide de desprendimiento en este nivel indica el espaciamiento orizontal apro"imado de las galerias (Sd+ /,i&'r" N .=+. 3sumiendo que las relaciones y principios del flu$o gravitacional son aplicadas al Sub Level Caving, el anco total del elipsoide de e"tracción >t es un F8 a F'9 del anco del elipsoide de desprendimiento, en el nivel donde el elipsoide de e"tracción tiene su m!"imo anco >t. El anco es de alrededor de un F89 para distancias verticales entre subniveles (s+, cercanas a los & m 1 sobre & m el anco >t es cerca del F'9.
5e este modo el espaciamiento orizontal Sd es 2 *ara e"tracciones con 2 s K & m SdK >t I 8,F *ara e"tracciones con 2 s & m Sd K >t I 8,F' En Sub Level Caving convencionales se tiene la siguiente reiación 2 Sd K s Lo que significa que la geometría b!sica tiene una forma de cuadrado o se desvía ligeramente de ella. De$oras en la precisión de los tiros radiales a resultado en una tendencias a i ncrementar la separación de subniveles, con el con siguiente aorro de desarrollo.
3.3..- A!c<$ )e +"")" /;'r)e! /; Mna guía apro"imada para el espesor de una ta$ada tronada en el frente de un subnivel es usualmente 2 b K dt I 7 El con$unto de las relaciones anteriores supone que la geometría resultante satisface la recuperación del &889 del elipsoide de e"tracción, lo que es absolutamente teórico, y por lo tanto, dicos resultados deben tomarse como referencia. Como en cualquier negocio minero, en el diseo de un Sub Level Caving se busca encontrar el menor costo en MSN I 4b que, dado un precio, permite obtener las mayores utili dades esperadas. Es por esto, que en la elección del diseo final, deben incorporarse otras variables que permitan evaluar económicamente las alternatives estudiadas.
3..- OTRO EN,O?UE AL DISISE5O Con la ayuda de las relaciones empíricas de 5.=. Laubscer se a podido determinar, cómo se comporta la dilución en función de la disposición de las galerías y subniveles /,i&'r" N .@+. La %i&'r" N.@ muestra, para algunas configuraciones de Sub Level Caving, la relación entre los par!metros geométricos de espaciamiento entre galerías y subniveles, y la dilución asociada. 5el gr!fico se pueden ver claramente las tendencias de entrada de dilución. En términos generales, se aprecia que a medida que aumenta el par =, >, el punto de entrada de la dilución (*E5+ se presenta m!s temprano. Entre las curvas 7 y -, ay un aumento de >, manteniendose = constante y la entrada de la dilución pasa de un 89 de e"tracción a un F89. 5e igual modo, en las curvas - y B ay un crecimiento de =, manteníendose > constante, con una variación en la entrada de dilución de F89 a B89. Entre las curvas B y ' sucede algo similar. *or lo tanto se puede decir que 2 *E5 a &I = *E5 a &I > 3ora bien, si = crece, entonces el n#mero de subniveles decrece y la relación metros de desarrollo I ton decrece. 3umenta la longitud de perforación y se ace m!s productiva tanto la perforación como la tronadura, dado que el di!metro aumenta y los eventos de tronadura disminuyen. Si la longitud de perforación ;L; aumenta, el di!metro aumenta en forma discreta y también el burden. En consecuencia se an incorporado al an!4isis nuevas variables a considerar, es decir, desarrollos, perforación, tronadura y mecanización. Entonces para resolver el problema de elegir el me$or diseo deSub Level Caving entre otras alternativas, debe considerarse la valorización de todas las actividades asociadas al respectivo diseo /,i&'r" N.1+.
Si = crece, la longitud y el di!metro de perforación crecen, el burden crece y entonces la granulometría esperada de la tronadura debiera crecer, disminuyendo la movilidad del mineral con respecto al estéril e incrementando la probabilidad que el estéril se intruya m!s tempranamente, aumentando la diiución, lo que es consecuente de las curvas de 5.=. Laubscer.
3.6.- SECUENCIA
En el Sub Level Caving, la secuencia de e"plotación es por naturaleza descendente y en retroceso. Las recomendaciones operacionales indican que es aconse$able traba$ar manteniendo independencias entre las operaciones de preparación, perforación, arranque y e"tracción, de modo de reponer sin interferencias, al !rea activa perdida por la e"plotación. 34 respecto, es posible visualizar dos situaciones e"tremas /,i&'r" N.11+. •
Secuencia orizontal estricta.
•
Secuencia descendente estricta.
La secuencia orizontal estricta /,i&'r" N .11 A+, consiste en el descenso de la e"plotación, una vez que se a e"traído todo el mineral asta una cierta cota. 3sí, los desarrollos se realizan asta los limites de la mineralización en la orizontal. En este caso, se deben ir construyendo todos los piques de traspaso y obras civiles asta en nivel de transporte principal, adelantando los desarrollos de los sectores m!s ba$os, que ser!n e"plotados con posterioridad. La secuencia descendente estricta /,i&'r" N .11 B+, consiste en el descenso de la e"plotación, ba$o el !rea activa en producción. 5e esta forma los desarrollos se e$ecutan limitados en la orizontal. 5ado que la subsidencia por lo general impide imprimir una secuencia descendente estricta, y dado adem!s, que la aplicación de una secuencia orizontal estricta implica e$ecutar desarrollos con bastante anticipación, se opta normalmente por una secuencia combinada que es la que se muestra en las ,i&'r"s N .11 y N
.12. La secuencia elegida debe considerar otros aspectos de mayor interés. El primero, es la distribución de leyes en el volumen. El método permite iniciar la e"plotación, en el nivel superior, en cualquier zona ubicada en el e"tremo opuesto al sentido de avance del undimiento, con propagación acia ambos lados del punto inicial. Lo que debe evitarse en lo posible, es acer converger dos lineas de undimiento, por el efecto de concentración de presiones en el pilar intermedio /,i&'r" N .12+. El otro aspecto de importancia, es entender que la diiución es directamente proporcional a la superficie de contacto entre el mineral y el estéril, de tal modo que la linea de contacto sea mínima. Lo que se intenta evitar, no es otra cosa que la dilución lateral /,i&'r" N .13+. La secuencia de e"plotación elegida debe ser consecuente con la distribución de las leyes del yacirniento, coma se puede ver en la figura antes mencionada, la linea de interfaces mineralIestéril m!s representative y favorable es la linea 44, por que el perimetro de contacto es mínimo, adem!s, la distribución de la ley en los limites del yacimiento son puntos ba$os en ley, es par ello que esta li nea diagonal permite que algunos cruzados de producción est!n terminando su vida #til y en otro e"tremo de esta linea comiencen su producción, concentr!ndose en el centro de esta diagonal los cruzados de me$or ley que en promedio permiten e"plotar el yacimiento en una forma eficiente.
.
Res'7e! )e# M*+$)$
1. Ge$7e+r(" )e# Y"ci7ie!+$
Acep+";#e
Op+i7$
@orma
0abular
0abular
*otencia
Dedia
/rande
6uzamiento
Cualquiera
?ertical
0amao
Dedio
/rande
Oegularidad
Dedia
3lta
2. Aspec+$s Ge$+*c!ic$
Acep+";#e
Op+i7$
Oesistencia (0eco+
&88 D*a
'8 D*a
Oesistencia (Dena+
'8 D*a
'8 D*a
@racturación (0eco+
Dedia:3lta
3lta
@racturación (Dena+
Dedia
6a$a
Campo 0ensional 4n:situ (*rofundidad+
K&888 m
K'88 m
Comportamiento 0enso: 5eformacional
Elastico
Elastico
3. Aspec+$s Ec$!7ic$s
Acep+";#e
Op+i7$
?alor Mnitario de la Dena
6a$o
<3
*roductividad y ritmo de e"plotación
3lto
<3
4$#4er " i!)ice )e "p'!+es
