Metodos de Explotacion Subterraneo

Universidad de Chile Fac. de Cs. Físicas y Matemáticas Departamento de Geología

Metalogénesis

³Métodos de explotación subterráneo´

Integrantes: Rodrigo Gacitúa. Mario Morales Carlos Castill Cast illoo Metalogénesis Curso: María Carolina Soto Auxiliar:

INDICE INTRODUCCIÓN

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ACCESOS

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INFRAESTRUCTURA DE LA MINA

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECCIÓN DEL METODO DE EXPLOTACIÓN

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ELECCION DEL METODO DE EXPLOTACIÓN

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CLASIFICACION DE LOS METODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEO

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ROOM AND PILLAR

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SUB LEVEL STOPING

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SHRINKAGE

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CUT AND FILL

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BLOCK CAVING

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PANEL CAVING

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SUBLEVEL CAVING

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BIBLIOGRAFÌA

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INDICE INTRODUCCIÓN

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ACCESOS

4

INFRAESTRUCTURA DE LA MINA

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECCIÓN DEL METODO DE EXPLOTACIÓN

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ELECCION DEL METODO DE EXPLOTACIÓN

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CLASIFICACION DE LOS METODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEO

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ROOM AND PILLAR

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SUB LEVEL STOPING

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SHRINKAGE

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CUT AND FILL

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BLOCK CAVING

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PANEL CAVING

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SUBLEVEL CAVING

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BIBLIOGRAFÌA

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Métodos de explotación subterráneo

INTRODUCCIÓN La explotación de una mina es el conjunto de operaciones que permiten el arranque, el carguío y la extracción del mineral, asegurando todos los servicios anexos en producción normal, tales como ventilación, fortificación, drenaje y suministro de energía, aire y agua. Los métodos de explotación se definen como una forma geométrica usada para explotar un yacimiento determinado. Es el modo de dividir el cuerpo mineralizado en sectores aptos para el laboreo. El objetivo de la explotación de un yacimiento es la extracción de menas y sustancias minerales sistemáticamente, de manera que la comercialización de la sustancia mineral proporcione la utilidad esperada. La fase de explotación misma está precedida de dos fases preparatorias a tales trabajos: · Una fase de reconocimientos que incluye todos los trabajos desde la prospección hasta comenzar con la preparación de la mina. Puede haber prospección general (estudio de la zona por búsqueda de índice de yacimientos con diversos métodos), sondajes (perforaciones para sacar una muestra de la roca para análisis geofísico o geoquímico), galerías o piques de reconocimiento (trabajo minero para reconocer el yacimiento y sus extensiones) y cubicación y estudio económico (estudio del yacimiento en la base a los resultados obtenidos en los trabajos de reconocimiento para determinar la extensión, el valor y la explotabilidad del yacimiento yac imiento y los límites de tal t al explotabilidad). · Una fase de trabajos preparatorios o infraestructura, que incluye todas las labores de penetración y división para permitir la explotación. Se trata de la ejecución de las vías principales que pueden ser verticales (piques y chimeneas) u horizontales (transporte principal) y del habilitamiento de tales labores. Las operaciones de transporte principal y de extracción a través de los piques, constituyen los llamados servicios generales de una mina, como también ventilación, mantención de galerías principales, etc. Una vez reconocida y cubicada la mina, construida su infraestructura, comienza la fase de explotación que consiste en arrancar, cargar y transportar el mineral en las unidades de explotación para hacerlo llegar a los puntos de carguío del transporte principal. La explotación de una mina se compone de tres operaciones mineras básicas: · Accesos y desarrollos de aperturas mineras · Preparación o infraestructura de la mina · Arranque o explotación de la mina. Las fases de explotación propiamente tal constan de: · Trabajos de desarrollo: constituyen la preparación del caserón o unidad de explotación y que consiste esencialmente en avances de galerías y chimeneas y preparación de base que pueden ser embudos o zanjas, instalaciones de buzones de carguío, etc. En general, para obtener el mineral, se cuelga el yacimiento mediante galerías a partir de las cuales se perfora y arranca la roca en estado natural. Estas galerías pueden estar en un solo nivel, y servir para el carguío y transporte del mineral después de la operación de arranque o pueden estar en diferentes niveles. · Operación de arranque: la forma de arranque va a ser función del método de explotación adoptado y los diagramas de disparos serán de suma importancia para obtener rendimientos y costos bajos. · Operación de carguío: depende de los diferentes sistemas y aplicación en los métodos de explotación.

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ACCESOS Corresponden a aquellas labores que comunican el cuerpo mineralizado con la superficie, para su explotación. Los accesos pueden ser: · Socavones: Es una labor horizontal o con una pequeña inclinación, que tiene sólo una entrada. Es más barato que construir un pique, es más rápido, económico y seguro. · Piques verticales: Es una labor que tiene una inclinación superior a 45º, y que puede usarse para la extracción de personal y mineral. · Chiflones o piques inclinados: Se pueden presentar al pendiente (fig.1a), interceptando a la veta (fig.1b) o al yacente (fig.1c).

(a) (b) (c) Figura 1: a) pique al pendiente; b) pique interceptando a la veta; c) pique al yacente. Para desarrollar los accesos, se debe proceder de acuerdo a un plan bien determinado, observando las siguientes situaciones que pueden presentarse: 1. Sacar mineral útil, implica hundimiento sino se fortifica. 2. En una labor horizontal de sección definida, solo puede transportarse una cantidad limitada de mineral u otro elemento. 3. Una extracción mayor, significa desarrollar mayor número de labores 4. Tener presente que el costo por tonelada, en una labor de desarrollo es más caro que al extraer una tonelada de mineral durante la explotación. Los desarrollos pueden ser: · Desarrollo Productivo: el avance se realiza extrayendo mineral, lo que se utiliza bastante donde la mena es más blanda que el estéril en vetas de potencia media. · Desarrollo Improductivo: cuando el avance se realiza en estéril.

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INFRAESTRUCTURA DE LA MINA La preparación se define como la ejecución de una red cuidadosamente planificada de piques, galerías (Niveles), chimeneas y todas las formas básicas de excavación de rocas. Las labores de preparación se pueden dividir en dos tipos según su finalidad: · Preparación General: depende de la forma y manteo del cuerpo. · Replanteo general de la mina, que comprende todos los desarrollos necesarios para el acceso, transporte y ventilación de las distintas zonas subterráneas. En yacimientos horizontales o pocos inclinados la preparación se hace mediante labores de transporte que dividen al cuerpo en paneles. Si el manteo es fuerte se utilizan esquemas de galería transversales (que conforman los niveles), que se determinan o definen por la potencia del cuerpo y el método de explotación proyectado, donde las labores trazadas en diferentes niveles se unen por medio de Rampas y Chimeneas.

Unidad de Explotación Es una masa geológica, que tiene una forma geométrica bien definida, por ejemplo un panel o un bloque. Es dividir el yacimiento, de manera que forme una unidad propia de explotación, en el que se puedan transportar fácilmente equipos y materiales, que el arranque se pueda realizar en forma independiente, que existan facilidades en la extracción de menas, ventilación independiente y que si es necesario, puedan rellenarse fácilmente. En la mayoría de los yacimientos se hace una división por niveles (excepto en yacimientos poco inclinados y de poca extensión). La explotación se realiza según la corrida y en sentido horizontal (ascendente o descendente). La extracción se realiza por el nivel inferior principal. Si el manteo es fuerte la mena puede dejarse caer por gravedad y transportar en sentido horizontal. Si la construcción de accesos es cara, por la existencia de plegamientos, se puede transportar en forma ascendente por medio de correas transportadoras, rastras, etc. En yacimientos muy inclinados, el tráfico de personal se realiza desde el nivel superior al inferior a través de piques, chimeneas y rampas. Si el cuerpo es de poca inclinación el personal trafica por el nivel inferior y la salida es por labores inclinadas o rampas.

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECCIÓN DEL METODO DE EXPLOTACION En la elección del método de explotación, intervienen fundamentalmente los siguientes factores: Características Geográficas: Los aspectos más importantes dentro de este factor son la profundidad, la cercanía a un lugar poblado y el clima.

Características Geológicas y Físicas del yacimiento: Las propiedades más importantes que deben conocerse en un yacimiento para elegir el sistema de explotación adecuado son las siguientes: · La forma del yacimiento o cuerpo mineralizado: potencia (en una veta o manto), manteo (en una veta o manto) o diseminación de las leyes (en un yacimiento masivo). · Profundidad respecto de la superficie. · Dimensiones del yacimiento. · Naturaleza mineralógica de los componentes de la mena. · Sus leyes o repartición de la mineralización en el interior del cuerpo mineralizado. · Características mecánicas (resistencia a la tracción y la compresión) de la roca que constituye el cuerpo mineralizado y de la roca encajadora de caja. Condiciones Económicas: la explotación de un yacimiento debe realizarse al menor costo posible. El costo de acceso, desarrollos y preparación propios del método de explotación son elevados. Intervienen además en las condiciones económicas el sistema de extracción, el tratamiento o procesamiento del mineral, inversiones en equipos, materiales y otros. Las condiciones presente y futuro del mercado permiten determinar si un yacimiento de ciertas características geológicas y físicas es explotable o no. También puede ser factor determinante el ritmo de explotación o el grado de selectividad alcanzable. Hay una tendencia importante que lleva a explorar yacimientos de leyes cada vez más bajas, debido principalmente a dos causas: · El agotamiento de los yacimientos de leyes altas. · La necesidad del abastecimiento constante del mercado. Para solucionar estos problemas se recurre a dos alternativas: · Seleccionar en el interior del yacimiento las zonas más ricas, lo que nos lleva a los métodos selectivos. · Explotar grandes masas de baja ley, con costos también bajos debido al gran tonelaje; esto nos lleva a los métodos altamente mecanizados. En este caso se juntan las condiciones geográficas y humanas. En los países de alto nivel industrial donde la mano de obra es cada vez más cara, conviene una alta mecanización, que en el caso de un país subdesarrollado puede ser antieconómica.

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ELECCION DEL METODO DE EXPLOTACIÓN Entre los factores de selección del método a utilizar están: · Profundidad, forma y tamaño del cuerpo. · Ubicación (Recursos) · Calidad Geomecanica de la roca mineralizada y roca de caja. · Distribución y Leyes. · Económico. · Reglamentación (Medio Ambiente). Para seleccionar el método se utilizan ciertos criterios de selección, tales como: · Rendimiento y Productividad. · Seguridad al Personal, Equipos e Infraestructura. · Recuperación. · Selectividad · Dilución · Simplicidad · Costos : inversión y operación

ELECCION DEL METODO DE EXPLOTACIÓN CLASIFICACION DE LOS METODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEO Según las condiciones en que quede el caserón, se distinguen tres tipos de explotación.

1. Caserones Vacíos: son los métodos en los cuales el hueco creado por la explotación del mineral se conserva sin relleno ni hundimiento, es decir, sin ninguna fortificación artificial o natural, con fortificaciones sistemáticas, o con fortificaciones artificiales de madera. Se aplican estos métodos cuando las características mecánicas del yacimiento como las de la roca de caja son muy buenas. Existen dos métodos fundamentales: Room And Pillar y Sub Level Stoping. 2. Caserones Rellenos: son métodos en los cuales el hueco creado por la explotación se rellena con un material con el objetivo de afirmar las cajas. Se aplican a vetas o mantos de fuerte pendiente con malas características de la roca de caja. Son métodos muy costosos y relativamente selectivos. Existen dos métodos principales: Shrinkage y Cut and Fill. 3. Por Hundimiento: en este caso el mineral o el estéril o ambos, se van hundiendo. Existen dos métodos principales: Sub Level Caving y Block Caving.

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ROOM AND PILLAR PRINCIPIO

El método de explotación Room and Pillar o Caserones y Pilares consiste, como su nombre lo indica, en la explotación de caserones separados por pilares de sostenimiento del techo. La recuperación de los pilares puede ser parcial o total, en este último caso, la recuperación va acompañada del hundimiento controlado del techo que puede realizarse junto con la explotación o al final de la vida del yacimiento, lógicamente el hundimiento del techo en este caso es totalmente controlado. En un principio, el método de caserones y pilares se llevaba en forma irregular, o sea, que las dimensiones y distribución de caserones se hacían sobre la marcha de la explotación, dejando pilares en forma irregular obedeciendo solamente a las características presentadas por el yacimiento, como por ejemplo zonas de más baja ley, diques de estériles etc. Hoy en día dado a las condiciones de mecanización y a los adelantos obtenidos en las técnicas de reconocimiento, el método, se planifica con anterioridad a la explotación propiamente tal, llevándose los caserones con una distribución regular como así mismo el trazado de los pilares.

CAMPO DE APLICACIÓN DEL METODO Este método de explotación es aplicado ampliamente y en los últimos años se ha desarrollado bastante, debido a su bajo costo de explotación y a la vez que permite hasta cierto punto una explotación moderadamente selectiva. Los yacimientos que mejor se presentan para una explotación por Room and Pillar, son aquellos que presentan un ángulo de manteo bajo, aunque también es aplicable en yacimientos de manteo entre 30° y 40°, es decir, en yacimientos de manteo crítico, donde el mineral no puede escurrir por gravedad. Por otra parte, la estructura o forma del yacimiento debe ser favorable a un desarrollo lateral de la explotación por ejemplo, mantos o yacimientos irregulares con gran desarrollo en el plano horizontal. En cuanto a la potencia del yacimiento, el método ha sido aplicado con éxito en yacimientos de hasta 40 ± 60 m. Los casos corrientes de aplicación son para yacimientos de baja potencia destacándose espesores de 2 a 20 metros. Sin embargo, la recuperación del yacimiento puede variar de una mina a otra, dependiendo por una parte de las condiciones propias que presenta el yacimiento, y por otra, de la técnica empleada y grado de mecanización a que se ha alcanzado. Como datos generales se puede decir que la recuperación puede variar de un 80 a 90 % del mineral preparado, llegando en ciertos casos a recuperaciones del orden del 90 %; en ciertos casos se justifica realizar estudios sobre la recuperación de pilares, sobre todo en yacimientos importantes. Actualmente se han hecho recuperaciones interesantes de pilares en ciertos yacimientos donde la inversión se ha pagado ampliamente. La recuperación puede hacerse de varias maneras: · Recuperación con hundimiento controlado del techo. · Recuperación de Pilares en forma alternada. · Recuperación parcial depilares. Recuperación por hundimiento controlado del techo. o Arrancándose pilares en forma alternada. o 9


o

Arrancándose pilares alternados y provocando hundimiento.

Figura 2: Room and Pillar VENTAJAS Y D ESVENTAJAS D EL M ETO DO ROO M & PI LLA R.

Ventajas · El método hasta cierto punto es selectivo, es decir zonas más pobres pueden no explotarse sin afectar mayormente la aplicabilidad del método. · En yacimientos importantes puede llegarse a una mecanización bien completa lo que reduce ampliamente los costos de explotación. · En yacimientos que afloran a la superficie puede hacerse todo el desarrollo y preparación por mineral, o en caso contrario los desarrollos por estéril pueden ser muy insignificantes. · Actualmente con el avance de la técnica de sostenimientos de techo pueden explotarse caserones de luces amplias con bastante seguridad. · Permite la explotación sin problemas, de cuerpos mineralizados ubicados paralelamente y separados por zonas de estériles. · La recuperación del yacimiento aún no siendo del 100 % puede llegarse a recuperaciones satisfactorias del orden del 80 a 90 %. Desventajas · Si el yacimiento presenta una mineralización muy irregular, tanto en corrida como en potencia podría llegar a afectar la explotación, limitando mucho la planificación del método, como así mismo la perforación y provocar problemas de carguío sobre todo para posibles mecanizaciones. · Problema de manteo del yacimiento, cuando el manteo esta muy cerca del manteo crítico (45°), se producen problemas para el movimiento del mineral en los caserones y aún este problema es más grave, si se trata de mantos angostos. En el caso de mantos potentes hay problemas en la mecanización de la perforación lo que se traduce en dificultades de movilidad al usar el equipo pesado de perforación. · Dilución de la ley: es un problema que es muy importante y que en casos de techos débiles puede ser causa que llegue a limitar la aplicación del método.

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· Fortificación del techo. En ciertos casos cuando no es posible controlar el techo y es necesario llevar caserones muy angostos, puede concluirse, en un cambio de método de explotación por otro más adecuado, o emplear un método combinado, por ejemplo: Room and Pillar con Shrinkage. · Problemas de recuperación del yacimiento es muy baja, se debe entonces pensar en otro método.

RESUMEN DEL MÉTODO Geometría del Yacimiento

Aceptable P otencia >1 m Buzamiento <30° Cualquiera Tamaño Aspectos Geotécnicos Aceptable >300 k/cm2 Resistencia (Techo) Resistencia (Mena) s/profundidad Fracturación (Techo) Baja Campo Tensional In-situ ( P rofundidad) <1000 m Comportamiento Tenso-Deformacional Elástico Aspectos Económicos Aceptable V alor Unitario de la Mena Bajo P roductividad y ritmo de explotación Alto

Optimo >3 m Horizontal Cualquiera Optimo >500 k/cm2 >500 k/cm2 Muy baja <600 m Elástico Optimo NA NA

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SUB LEVEL STOPING PRINCIPIO

Es el modo de dividir el cuerpo mineralizado en sectores aptos para el laboreo y consiste en arrancar el mineral a partir de subniveles de explotación mediante disparos efectuados en planos verticales, con tiros paralelos y radiales, posteriormente quedando vacío el caserón después de la explotación. La preparación de este método contempla galerías de perforación, galería de base y transporte para evacuación del mineral arrancado y chimeneas VCR para generar una cara libre. La perforación se realiza con tiros largos radial, utilizando tiros que van entre 15 y 25m. hacia arriba y que abarcan entre 40 y 60 metros hacia abajo. El transporte y evacuación del mineral se realiza desde la galería Undercart, es decir una zanja recolectora que recibe el mineral arrancado que cae por gravedad a este lugar.

CAMPO DE APLICACIÓN DEL METODO El campo de aplicación de este método varía para cuerpos macizos o vetas estrechas, las características de mecánica de roca deben ser buenas, poseer paredes y techos firmes y estables. La calidad del mineral debe ser competente y su ángulo de buzamiento mayor a 60º, generalmente se aplica en yacimientos verticales y que tengan formas y dimensiones regulares. A lo que a costos se refiere, es económico aplicándose muchas variantes para este método lo que se hace muy productivo. La altura del caserón de arranque no tiene limitaciones teóricas, deben amoldarse más bien a las condiciones del yacimiento. Conviene en la mayoría de los casos abarcar toda la altura de la mineralización a fin de limitar el número de galerías bases de extracción a una sola en lugar de varias. En cuanto al ancho del caserón, conviene en general en el caso de vetas potentes o de mantos de fuerte pendiente, abarcar todo el espesor de la mineralización. PREPARACIÓN

Las labores de preparación comprenden los subniveles con sus respectivas comunicaciones con el nivel base, los embudos o zanjas receptoras y el primer corte para crear una cara libre. Este corte de efectúa como si se tratara de explotar una veta estrecha por SLS. En cada subnivel se corre una galería perpendicular al eje longitudinal y a todo ancho del futuro caserón. Corresponden por lo tanto a los subniveles de perforación en un SLS estrecho, una chimenea central une estas galerías que sirve a su vez de primer corte para este pequeño SLS. Al igual que la explotación por cámaras y pilares es un método en que las cámaras quedan permanentemente vacías una vez que se ha extraído el mineral tales formas tienen con frecuencia grandes dimensiones especialmente en altura. El método en sí mismo sólo se utiliza en yacimientos verticales o de fuertes pendientes.

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VENTAJAS Y D ESVENTAJAS D EL M ETO DO SUBLEVEL STO PI NG

Ventajas Este método de explotación se caracteriza por poseer las siguientes características: · Es muy económico. · Gran rendimiento. · Ningún consumo de madera ya que no es necesario fortificar. · Buena ventilación. · Gran seguridad durante el trabajo. Desventajas Entre algunas de las desventajas podemos nombrar las siguientes: · Mucha preparación. · No es selectivo (vetas con gran potencia). · Grandes caserones permanentemente abiertos, la recuperación del pilar no va más allá del 60%. RESUMEN DEL MÉTODO 1. Geometría del Yacimiento

Aceptable Forma Cualquiera P otencia >5 m >45° Buzamiento Tamaño Cualquiera Regularidad Media 2. Aspectos Geotécnico Aceptable Resistencia (Techo) Incluye poco Fracturación (Techo) Media Campo Tensional In-situ ( P rofundidad) <2000 m Comportamiento Tenso-Deformacional Elástico Aceptable 3. Aspectos Económicos V alor Unitario de la Mena Bajo P roductividad y ritmo de explotación Alto

Optimo Tabular >10 m >65° >10 Mt Baja Optimo >500 k/cm2 Baja <1000 m Elástico Optimo NA NA

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Figura 3: Sublevel Stoping

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SHRINKAGE PRINCIPIO.

En la explotación por cámara almacén, el mineral se arranca por franjas horizontales, empezando desde la parte inferior del cuerpo y avanzando hacia arriba. Parte del mineral tronado se deja en el caserón ya excavado, donde sirve como plataforma de trabajo para la explotación del mineral de arriba y para sostener las paredes del caserón. La roca aumenta su volumen ocupado cerca de un 70 % por la tronadura. Por esto se debe extraer continuamente un 40 % del mineral tronado durante la explotación, para mantener una distancia adecuada entre el techo y la superficie del mineral tronado. Cuando el arranque haya avanzado al límite superior del caserón planeado, se interrumpe el arranque y se puede recuperar el 60 % restante del mineral. La perforación puede ejecutarse con tiros horizontales, verticales e inclinados estas modalidades tienen sus ventajas e inconvenientes. La perforación de tiros horizontales tiene la ventaja de generar un mejor rendimiento tanto del metro barrenado como el explosivo. Pero por otra parte, los tiros horizontales tiene como inconveniente el de limitar el trabajo de perforista especialmente cuando se trata de vetas angostas, debido a que este debe esperar la eliminación del esponjamiento de un disparo para continuar con su trabajo; en caso contrario debe trasladarse a otra grada. Es frecuente la perforación de tiros verticales de solamente 1.60 metros en Shrikage, lo que evidentemente no puede dar buenos rendimientos del metro barrenado ni un buen consumo de explosivo. No obstante, mirado desde el punto de vista del principio del método, este inconveniente se traduce en una ventaja, puesto que con tiros cortos y un mal consumo de explosivos se obtiene una saca de fragmentación más fina, lo que facilita el vaciado del caserón. Sea el yacimiento una veta o una masa mineralizada, es indispensable tener una galería en la base del caserón que permita la evacuación del mineral arrancado a la superficie. El techo de esta galería, llamada base, puede ser un puente natural de mineral o puede ser artificial construido ya sea de madera o de perfiles metálicos. En la mayoría de los casos se crean accesos artificiales desde la galería base y si es posible dentro de un pilar. Para la evacuación del esponjamiento se utiliza: · Gravedad. · Evacuación en el mismo nivel del caserón. · Utilizando palas autocargadoras o un scrapers En la actualidad el método de acuerdo a las condiciones del mercado y a los continuos avances tecnológicos ha experimentado algunas modificaciones que han permitido la optimización de recursos y por ende la reducción de costos.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE SHKRINKAGE Ventajas Las ventajas de este método son fundamentalmente las siguientes: · Una parte importante del mineral arrancado se extrae por gravedad, 100% en el caso que el esponjamiento se extraiga también por gravedad y 60% si su extracción se efectúa por buitras artificiales, eso permite disminuir de manera notable los gastos de marina y aumentar los rendimientos de la explotación. 15


· Este método permite sostener provisoriamente las paredes laterales del caserón con el mismo material arrancado. · El obrero puede controlar el techo del caserón. · En ciertos casos disponer de una reserva de mineral arrancado que puede extraer de la mina rápidamente y con un alto rendimiento.

Figura 4: Shrinkage Desventajas Las desventajas de este método de explotación son fundamentalmente las siguientes: · Seguridad, en ciertos casos este método puede ser peligroso debido a la formación de bóvedas durante la evacuación por gravedad del esponjamiento, puesto que los obreros confinados en la horizontalidad del piso del mineral arrancado, pueden empezar a trabajar y ser repentinamente chupados por el derrumbe de estas bóvedas. También se pueden formar bóvedas durante el período de vaciado del caserón que, al derrumbarse, pueden dañar el techo de la galería base en el caso que tenga techo artificial. · Dilución de la ley, el Shrinkage implica, por lo general, una dilución de la ley debido a que durante la fase de vaciado del caserón se mezclan corrientemente zonas de estériles que se derrumban de las paredes. Es frecuente que al final de la fase de vaciado sea necesario desechar capas de mineral de ley demasiado baja disminuyendo aún más la recuperación del yacimiento. · La recuperación del yacimiento no es muy buena por varias razones: 1. Este método no se adapta bien a la explotación de aquellas zonas mineralizadas secundarias que se forma alrededor de la mineralización principal. 2. La recuperación de los pilares es muy difícil. 3. Algunas especies de minerales se oxidan muy fácilmente provocando dificultades relacionadas con la recuperación en planta. 16


4. La posibilidad de producción instantánea es baja en la primera fase, debido a que se extrae solamente el 40% del mineral arrancado. 5. La acumulación de mineral arrancado en los caserones durante la primera fase y antes de alcanzar un ciclo regular de producción, obliga a una inversión adicional necesaria para el arranque del 60% del mineral restante de esos caserones. 6. Por último, es bastante engorroso controlar los costos y los rendimientos de este método de explotación, debido a la influencia del mineral acumulado.

RESUMEN DEL MÉTODO 1. Geometría del Yacimiento

Aceptable Forma Cualquiera P otencia Cualquiera Buzamiento >30° Cualquiera Tamaño Regularidad Cualquiera 2. Aspectos Geotécnico Aceptable Resistencia (Techo) >30 MPa Resistencia (Mena) s/profundidad Fracturación (Techo) Alta-media Fracturación (Mena) Media-Baja Campo Tensional In-situ ( P rofundidad) Cualquiera Comportamiento Tenso-Deformacional Elástico Aceptable 3. Aspectos Económicos V alor Unitario de la Mena Media-Alto P roductividad y ritmo de explotación Media-Baja

Optimo Tabular >3m >60°1 Cualquiera Irregular Optimo >50 MPa >50 MPa Media-Baja Baja <1000 m Elástico Optimo Alto NA

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CORTE Y RELLENO (C UT AN D FI LL) PRINCIPIOS

GENERALES Es un método ascendente en que el mineral es arrancado por franjas horizontales y/o verticales empezando por la parte inferior de un tajo y avanzando verticalmente. Cuando se ha extraído la franja completa, se rellena el volumen correspondiente con material estéril (relleno), que sirve de piso de trabajo a los obreros y al mismo tiempo permite sostener las paredes del caserón, y en algunos casos especiales el techo. La explotación de corte y relleno puede utilizarse en yacimientos que presenten las siguientes características: Fuerte buzamiento, superior a los 50º de inclinación. Características físico-mecánicas del mineral y roca de caja relativamente mala (roca incompetente). · Potencia moderada. · Límites regulares del yacimiento. El material de relleno puede estar constituido por roca estéril, procedente de las labores de preparación de la mina las que se distribuyen sobre la superficie del caserón. También el material de relleno puede ser de relaves (desechos de plantas de concentración de minerales), o arena mezclada con agua, que son transportados al interior de la mina y se distribuyen mediante tuberías, posteriormente el agua es drenada quedando un relleno competente. El que a veces se le agrega cemento para conseguir una superficie de trabajo dura; debe ser lo más barato posible. CARACTERISTICAS GENERALES · Posibilidades de aplicación: Este método tiene posibilidades de aplicación bastante amplias, se aconseja especialmente en aquellos yacimientos donde las cajas no son seguras y las características mecánicas de la roca no son satisfactorias. Como se trabaja con una altura máxima equivalente a la altura de dos tajadas (2.5 ± 3 m) es posible controlar mediante apernado o acuñadura cualquier indicio de derrumbe. · S eguridad: Este método ofrece bastante seguridad en todo a lo que refiere al obrero contra desprendimiento de roca ya sea del techo o las paredes. · Recuperación: En general es bastante buena, siempre que se tome la precaución de evitar pérdidas de mineral en el relleno. Cabe agregar, que éste método permite seguir cualquier irregularidad de la mineralización. · Dilución de la ley: Puede existir una pequeña dilución de la ley en el momento de cargar los últimos restos de mineral arrancado que quede en contacto con el relleno. Esto se puede evitar estableciendo una separación artificial entre el mineral y el relleno, solución que en casos excepcionales (mineral de gran ley) resulta antieconómico. Entonces se debe aceptar que algo de mineral se mezcle con el relleno. · Rendimientos: Sus rendimientos se pueden considerar satisfactorios. En caserones sin mecanización, se alcanza normalmente rendimientos del orden 4-8 ton/hombre, según el ancho del caserón. En caserones mecanizados, este rendimiento es duplicado, es decir se alcanza una cifra decente del orden de 14 ton/hombre, sin tomar en cuenta el abastecimiento del relleno. Si se trata de relleno hidráulico, con caserones mecanizados, se obtienen rendimientos netamente superiores.

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Figura 5: Cut and Fill VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO CUT AND FILL. Ventajas · La recuperación es cercana al 100%. · Es altamente selectivo, lo que significa que se pueden trabajar secciones de alta ley y dejar aquellas zonas de baja ley sin explotar. · Es un método seguro. · Puede alcanzar un alto grado de mecanización. · Se adecua a yacimientos con propiedades físicos ± mecánicas incompetentes. Desventajas · Costo de explotación elevado. · Bajo rendimiento por la paralización de la producción como consecuencia del relleno. · Consumo elevado de materiales de fortificación.

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RESUMEN DEL MÉTODO Geometría del Yacimiento Forma P otencia Buzamiento Tamaño Regularidad

Aspectos Geotécnico Resistencia

(Techo) Resistencia (Mena) Fracturación (Techo) Fracturación (Mena) Campo Tensional In-situ ( P rofundidad) Comportamiento Tenso-Deformacional

Aspectos Económicos V alor

Unitario de la Mena P roductividad y ritmo de explotación

Aceptable Cualquiera Cualquiera >30° Cualquiera Cualquiera Aceptable >30 MPa s/profundidad Alta-media Media-Baja Cualquiera Elástico Aceptable Media-Alto Media-Baja

Optimo Tabular >3m >60°1 Cualquiera Irregular Optimo >50 MPa >50 MPa Media-Baja Baja <1000 m Elástico Optimo Alto NA

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BLOCK CAVING CARACTERÍSTICAS DE LA EXPLOTACIÓN POR HUNDIMIENTO La explotación por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajadora esté fracturada bajo condiciones más o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante el establecer un proceso de fracturamiento continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas no soportadas, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de la explotación. Las características de la roca constituyen el factor esencial del comportamiento del mineral frente al hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineral presente una granulometría adecuada. La fragmentación de la roca es provocada más por las fatigas de tracción que por las de compresión, de modo que la tendencia será de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de evitar la mezcla del mineral útil con el material proveniente de la roca encajadora. En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el nivel de producción y pilar de protección, para mantener estables galerías de extracción; y por otra, conviene maximizar la concentración de esfuerzos sobre el nivel de hundimiento para producir la socavación y mejorar la fragmentación del mineral. La estabilidad en las labores de extracción ha sido optimizada mediante una orientación adecuada, y los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado, tienen su inicio en el diseño de la malla, la cual determinará las características del resto de las galerías componentes del sistema. La determinación de la malla depende fundamentalmente de las características de la roca. El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de las características de hundibilidad de la roca, depende de los factores fundamentales que son: La base del bloque deberá fracturarse completamente; si se quedaran pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar, transmitiéndose grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de producción, las que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de las galerías del nivel de producción. Esto trae consigo un aumento importante en los costos de extracción. La altura de socavación inicial proporcionada por la tronadura, debe ser tal que no se produzcan puntos de apoyo del bloque que impidan o afecten el proceso de socavación natural inmediata. El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con un adecuado diseño de perforación especialmente, con un correcto carguío de los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de un pilar, se interrumpe la etapa de hundimiento, concentrando las actividades en eliminarlo completamente para poder continuar con la secuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles puntos de apoyo del bloque, una vez tronada la base, es necesario determinar previamente la altura que debe alcanzar la socavación producida por la tronadura. La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del mineral con el estéril. El contacto mineral - estéril debe mantenerse según un plano bien definido que pueda ser horizontal o inclinado.

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CAMPO DE APLICACIÓN Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos, de bajas leyes en Cu, Mo, Fe. Hoy en día, la producción masiva de extracción de menas subterráneas, bajo condiciones favorables, es una de las más eficientes, con bajos costos de minas. Este método se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa área y son muy potentes. Usualmente, la producción está en un rango de 10.000 tons. a 100.000 tons. por día. Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción y cualquiera que sean las características de la roca encajadora, pero es preferible que la resistencia de la roca que se explota sea menor que la de la roca encajadora. La explotación por Block Caving, es un método económico bajo condiciones favorables. El extenso trabajo de desarrollo que tal explotación conlleva y el tiempo que se emplea hasta alcanzar la plena capacidad de producción, son los inconvenientes de partida. Por otra parte existen ciertos riesgos de derrumbamientos y fragmentación, que están fuera de los controles de minería. En general, los yacimientos más favorables para la aplicación del método de hundimiento por bloques son los grandes intrusivos de cobre porfírico, yacimientos de Hierro, tanto sedimentarios como intrusivos, etc. Estos depósitos deberán estar ubicados a gran profundidad y deberán poder ser extraídos a costos inferiores que por un método a cielo abierto. Los depósitos deben tener grandes reservas, cubrir un área extensa y tener una altura relativamente grande. La mayoría de estos depósitos se explotan a gran escala durante un periodo bastante largo, de tal forma que justifiquen la gran inversión requerida para ponerlos en producción. ANTECEDENTES DEL METODO BLOCK CAVING La explotación de un área se hace siguiendo uno de los siguientes esquemas: Dividiendo el área en bloques cuadrados o rectangulares cuya dimensión mínima se relaciona con la hundibilidad de la roca y la máxima se diseña en función de parámetros operacionales y económicos. En este tipo de diseño deberán crearse barreras o pilares entre bloques hundidos para minimizar la dilución. Diseñando paneles que abarcan el área desde un extremo a otro. En este caso el hundimiento es un proceso continúo a lo largo del área y se dejará una barrera de contención o pilar para impedir que el estéril del panel agotado diluya el mineral de la nueva explotación una vez hundido el panel. Manteniendo un hundimiento continuo en ambas direcciones sin dejar barreras ni pilares. Este frente de hundimiento continuo impide la formación de puntos o líneas de alta presión y, por lo tanto, se tendrá menos problemas de estabilidad. Además permite una amplia flexibilidad para variar los ritmos de producción fijados. Una vez definido el bloque para su explotación se inician los trabajos de preparación de galerías, que comprenden: · Galería de transporte · Galería de traspasos · Galería de hundimiento · Galerías de producción · Galerías de ventilación, etc. 22


MALLA DE EXTRACCIÓN Se entiende por malla de extracción o también malla de tiraje, a la disposición geométrica de los puntos por donde se extrae el mineral en el nivel de producción de un sistema por "Block Caving". En la zona que se está explotando, la extracción se hace a través de muchos puntos dispuestos en una malla que cubre el área hundida, tal como se aprecia en la figura.

Figura 6: Block Caving MÉTODO PANEL CAVING ( Block C aving E xtracción Mecanizada ( LH D ))

La disminución paulatina de áreas con mineral secundario requirió de un diseño y metodología tendiente a explotar satisfactoriamente las reservas de mineral primario, una estrategia de solucionar los problemas vislumbrados debido al tipo de fracturamiento del mineral (colpas de mayor tamaño) y la baja productividad del método convencional. Lo anterior condujo a definir el diseño del método de explotación Panel Caving. En este sistema de explotación el concepto de bloques es reemplazado por la unidad básica de producción, que corresponde a un número de puntos de vaciado en donde un equipo LHD opera. El hundimiento o incorporación de nuevas áreas a la producción es realizado en forma continua, por puntos de extracción, a diferencia con el método convencional en donde el hundimiento es realizado en forma discreta. Sus Principales características de diseño consideran la utilización de zanjas (15 m de largo, 12 m de ancho en su parte superior) en reemplazo de los buzones, en el nivel de producción existe una serie de galerías paralelas (calles) separadas 30 metros entre si cuya sección generalmente es de 3,6 x 3,6 m, las que son interceptadas cada 15 m por estocadas de carguío de sección similar en un ángulo de 60 grados, que permite una mayor facilidad de movimiento al equipo LHD. con esto la malla de extracción posee dimensiones de 17,32 x 15 con un área de influencia de 260 m cuadrados por punto de extracción. 23


Las dimensiones de las colpas requieren de la construcción de un nivel de reducción intermedio, entre el nivel de producción y el nivel de transporte, en donde las cámaras de picado, los martillos picadores estacionarios o semi-móviles reducen de tamaño las colpas antes de ser enviadas al nivel de transporte.

Figura 6: Panel Caving INDICE DE HUNDIBILIDAD La hundibilidad es uno de los aspectos críticos para la factibilidad de explotación por le método Block Caving, por ello existe un índice para predecir ésta hundibilidad. Resulta obvio que un índice de éste tipo debe estar basado en el mecanismo que controla el proceso de hundimiento y factores geomecánicos de mayor relevancia, los cuales para su utilización en el índice, deben ser medidos y cuantificados. Estos factores son: · R.Q.D. · Estado de Esfuerzo In-Situ · Ensayo de carga puntual · Ensayo de Masa de Fricción La interpretación en térmicos de hundibilidad es de acuerdo a la siguiente clasificación: R.Q.D. (%) 75 51 - 74 27 - 50 6 - 26 0 -5

Roca muy mala hundibilidad Roca mala hundibilidad Roca regular hundibilidad Roca buena hundibilidad Roca excelente hundibilidad

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RESUMEN DEL MÉTODO 1. Geometría del Yacimiento Forma Potencia Buzamiento Tamaño Regularidad 2. Aspectos Geotécnico Resistencia (Techo) Resistencia (Mena) Fracturación (Techo) Fracturación (Mena) Campo Tensional In-situ (Profundidad) Comportamiento Tenso-Deformacional 3. Aspectos Económicos Valor Unitario de la Mena Productividad y ritmo de explotación

Aceptable Cualquiera Grande Cualquiera Grande Media Aceptable <100 MPa <100 MPa Media - Alta Media - Alta <1000 m Elástico Aceptable Bajo a muy bajo Muy Alto

Optimo Tabular Grande Vertical Muy Grande Alta Optimo <50 MPa <50 MPa Alta Alta <500 m Elástico Optimo NA NA

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SUBLEVEL CAVING DESCRIPCION DEL METODO En el método Sub Level Caving se desarrollan galerías paralelas separadas generalmente de 9 a 15 m. en la horizontal, conocidas como galerías de producción (llamadas comúnmente también cruzados de producción XP). Los subniveles se ubican a través del cuerpo mineralizado en intervalos verticales que varían, en la mayoría de los casos, de 8 a 13 m. La explotación queda de este modo diseñada según una configuración geométrica simétrica. Generalmente, el acceso a los subniveles es por medio de rampas comunicadoras. Los subniveles están comunicados además por medio de piques de traspaso con un nivel de transporte principal que generalmente se ubica bajo la base del cuerpo mineralizado. Las galerías de producción correspondientes a un mismo subnivel se conectan en uno de los extremos por una galería de separación o slot y en el otro extremo una galería de comunicación, en esta última, sé en encuentran los piques de traspaso. La galería de separación sirve para construir chimeneas de rainura que permiten la generación de una cara libre al inicio de la producción de la galería. CAMPO DE APLICACIÓN DEL METODO El método Sub Level Caving se aplica generalmente en cuerpos subverticales como vetas, brechas y diques. También puede ser aplicado en cuerpos horizontales o subhorizontales que sean de gran potencia. La configuración de los subniveles se puede adecuar a los distintos cuerpos y a formas irregulares; se distinguen dos configuraciones principales: en cuerpos anchos se usa una configuración transversal; 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. OPERACIONES La operación consiste básicamente en la perforación de tiros en abanico desde los subniveles hacia arriba, atravesando el pilar superior, la posterior tronadura de las perforaciones, el carguío y transporte secundario del mineral tronado hasta los piques de traspaso y su posterior transporte desde los buzones de descarga del nivel de transporte principal hacia su lugar de destino. AI comienzo de la explotación, se debe producir el hundimiento desde el nivel superior, este se consigue generando un área de radio hidráulico superior al que resiste la roca o induciendo el hundimiento por medio de explosivos. Para conseguir un radio hidráulico adecuado, se puede construir el subnivel superior similar al método de Caserones y Pilares y posteriormente extraer los pilares. A medida que se extrae el mineral, el estéril adyacente hunde, rellenando el espacio creado y llegando a producir subsidencia en la superficie. De esta forma, el mineral in situ se ve rodeado por tres caras de material hundido (cara, frente y costado). El flujo másico parcial, tiene contacto con el plano vertical de la frente del subnivel, mientras que la zona restante del elipsoide tiene un flujo gravitacional normal Al producirse la extracción en los frentes de las galerías de producción, se produce el escurrimiento del mineral y del material quebrado; este escurrimiento se comporta según lo que se conoce como flujo de material grueso. La extracción desde un frente de galería de producción, llamado también punto de extracción, continúa hasta que ingresa estéril en una cantidad tal que la ley extraída ya no

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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 extracción, como de las labores de desarrollo realizadas en mineral; generalmente, entre un 15 a un 20% de la producción proviene del desarrollo de nuevos subniveles.

Figura 7: Sublevel Caving

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO Ventajas Las principales ventajas de este método se detallan a continuación · El método puede ser aplicado en roca de muy competente a moderadamente competente. · Puede 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. · Dadas las características de configuración y de operación, este método es altamente mecanizable, permitiendo importantes reducciones de costos operativos. · Todas las actividades que se realizan son especializadas, simplificándose el entrenamiento y mano de obra requerida. · Al no quedar pilares sin explotar, la recuperación puede ser alta. · El método es aplicable a recuperación de pilares en faenas ya explotadas. · Las galerías se distribuyen según una configuración uniforme. · Se puede variar el ritmo de producción con facilidad permitiendo gran flexibilidad. · La estandarización y especialización de las actividades mineras y del equipamiento permite una alta flexibilidad de las operaciones y una utilización de los equipos en distintos niveles. · Las actividades mineras son de fácil organización ya que existe poca interferencia entre ellas. · Se puede llevar la perforación adelantada lo que da holgura en caso de imprevistos. · Efectuar los desarrollos en mineral, permite obtener beneficios en el corto plazo e incluso en el periodo de preparación. Además permite un mejor reconocimiento del cuerpo mineralizado y disponer de mineral para efectuar pruebas y ajustes de los procesos metalúrgicos involucrados. Desventajas Las principales desventajas del Sub Level Caving son: · Se debe admitir un cierto grado de dilución del mineral. · Se debe implementar un control de producción acucioso. · Existen pérdidas de mineral; al llegar al punto límite de extracción, el mineral altamente diluido remanente se pierde, además se pueden generar zonas pasivas, es decir, sin escurrimiento, lo que implica pérdidas. · El método requiere un alto grado de desarrollos. · Al generarse el hundimiento, se produce subsidencia, con destrucción de la superficie, además, las labores permanentes como chimeneas de ventilación y rampas deben ubicarse fuera del cono de subsidencia requiriéndose mayor desarrollo.

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RESUMEN DEL MÉTODO 1. Geometría del Yacimiento

Aceptable Forma Tabular P otencia Media Buzamiento Cualquiera Tamaño Medio Regularidad Media 2. Aspectos Geotécnico Aceptable Resistencia (Techo) >100 MPa Resistencia (Mena) >50 MPa Media-Alta Fracturación (Techo) Fracturación (Mena) Media Campo Tensional In-situ ( P rofundidad) <1000 m Comportamiento Tenso-Deformacional Elástico Aceptable 3. Aspectos Económicos V alor Unitario de la Mena Bajo P roductividad y ritmo de explotación Alto

Optimo Tabular Grande Vertical Grande Alta Optimo >50 MPa >50 MPa Alta Baja <500 m Elástico Optimo NA NA

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Metodos de Explotacion Subterraneo

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