MINERIA Y METALURGIA
MÉTODO DE HUNDIMIENTO PANEL CAVING
Nombre:
Karla Araya V. Loretto Saavedra B.
Carrera:
Técnico en Mina
Asignatura: Secuencia de Explotación Profesor:
Osvaldo Rojas.
Fecha:
30 – Octubre Octubre – 2017. 2017.
OBJETIVOS Objetivos generales: ❖
Reconocer método de hundimiento.
❖
Minera que aplique este método.
Objetivo específicos: ❖
Describir las características principales del método.
❖
Presentar etapas de preparación y desarrollo del método.
Contenido Introducción .................................................................................................................................................... 4 Método de explotación Panel Caving (Mina el Teniente) ............................................................................... 5 Principios del método.................................................................................................................................. 5 Secuencia operacional ................................................................................................................................. 7 Generalidades ................................................................................................................................................. 9 Operación ...................................................................................................................................................... 10 Condiciones de aplicación ......................................................................................................................... 12 Ventajas ..................................................................................................................................................... 12 Desventajas ............................................................................................................................................... 12 Características ........................................................................................................................................... 13 Conclusión ..................................................................................................................................................... 15
Introducción El Teniente ha tenido un crecimiento permanente y se ha convertido en un referente mundial en minería subterránea, destacando por su modernidad y el uso de tecnología de punta en sus operaciones. Perteneciente desde 1976 a la Corporación Nacional del Cobre – CODELCO – , es una de las Divisiones de esta empresa estatal chilena, la mayor productora del metal rojo en el mundo. Ahora, El Teniente se prepara para el futuro impulsando un nuevo desafío minero que le permitirá continuar produciendo por lo menos 50 años más. Se trata del proyecto estructural Nuevo Nivel Mina, una gran obra mediante la cual seguirá entregando riqueza a la región y al país. El yacimiento El Teniente es un megadepósito tipo pórfido cuprífero con leyes económicas de cobre y molibdeno, emplazado en rocas volcánicas de la Formación Farellones. Está constituido por tres grupos de roca, con la siguiente temporalidad: El más antiguo es el Complejo Máfico El Teniente (CMET), compuesto por rocas máficas subvolcánicas cuyos componentes son Gabros, Diabasas y Pórfidos Basálticos. Posteriormente, estas rocas son intruidas por el Complejo Félsico, consistentes en un stock de Tonalita y varios Pórfidos de composición Diorítica, Dacítica y Latítica. Finalmente, un complejo de brechas de origen freatomagmático, denominado Brecha Braden, se emplaza en la parte central del yacimiento, constituyendo el último evento genético de El Teniente. Para la explotación del proyecto El teniente, se utiliza el método sublevel caving, el cual ss un método de explotación masivo, donde se socava mediante perforación y tronadura la base de un panel de producción, con un frente de avance comúnmente llamado frente de hun dimiento o socavación, que define el ingreso de área a producción y es planificado coordinadamente con el área que se va agotando. Esta es la forma convencional de panel caving y normalmente se utiliza para explotar roca primaria, mucho menos fracturada y más competente que la roca secundaria, y que por lo mismo produce fragmentación más gruesa.
Método de explotación Panel Caving (Mina el Teniente) Principios del método Los esfuerzos que actúan en un lugar, y a cierta profundidad de un yacimiento, tienen su origen en el peso de las rocas hasta la superficie, y en los fenómenos externos de un yacimiento, tales como: Movimientos "horizontales, debido a movimientos de placas en la corteza terrestre. Todo macizo rocoso permanece en equilibrio mientras no se cree una cavidad lo suficientemente extensa en su interior, de modo de romper el equilibrio existente, creando una redistribución de esfuerzos en su alrededor. La estabilidad de esta cavidad dependerá de sus dimensiones, competencia de la roca y de los esfuerzos existentes en el área. Si la resistencia de la roca, no es lo suficiente para soportar el cambio de solicitación, ésta socavará hasta llenar la cavidad con material fragmentado de distintas densidades. Una vez llena la cavidad se genera una fuerza de reacción que restablece el equilibrio. Si se extrae el mineral fragmentado, a medida que se socava, el equilibrio no se restablece y la socavación continuará hasta la superficie. El Panel Caving se basa en este principio, el cual consiste en crear una cavidad de manera que la dinámica de desplome no se detenga, extrayendo el mineral por una malla de puntos ubicados en la base. De esta forma queda sin apoyo el mineral que está por encima (millones de toneladas) y las fuerzas de gravedad que actúan sobre esta masa producen una fractura sucesiva que afecta al panel completo. Por último y debido a las tensiones de la roca, se produce la fragmentación del material, el cual puede extraerse por 2 medio de piques o mediante cargadores. El éxito en el hundimiento de un panel, independiente de las características de hundibilidad de la roca, depende de los factores fundamentales que son: a) La base del panel deberá fracturarse completamente. Si quedaran pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar, transmitiéndose grandes presiones d esde 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. b) La altura de socavación inicial proporcionada por la tronadura, debe ser tal que no se produzcan puntos de apoyo del panel 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 y, 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.
-Esquema de una explotación por medio de panel caving correspondiente al Teniente-
Secuencia operacional
En su forma convencional el panel caving presenta la siguiente secuencia operacional: 1- los desarrollos están “adelantados” respecto al frente de socavación, a una distancia que
depende de las - características de cada sector productivo, pero que usualmente varía entre 100 y 150 m 2- las construcciones también están adelantadas respecto al frente de socavación (y
evidentemente retrasadas respecto al frente de desarrollo), a una distancia que depende de las características de cada sector productivo, pero que usualmente varía entre 50 y 100 m 3- la tronadura de zanja se efectúa por delante del frente de socavación 4- el frente de socavación va retrasado respecto a la preparación y, también, respecto a la
tronadura de fases de apertura de bateas. Esta secuencia operacional se traduce en la formación de una zona de abutment stress en la vecindad del frente de socavación, la cual afecta las labores de los niveles que se ubican detrás de éste y por debajo del Nivel de Producción. Con el propósito de mejorar esta condición, alejando la zona de abutment stress del frente de producción, en El Teniente se han desarrollado dos variantes del método: panel caving con socavación avanzada y panel caving con socavación previa (estas variantes no eliminan la zona de abutment stress pero si la alejan del frente de producción).
El panel caving con socavación avanzada, que se ilustra en la siguiente figura de página siguiente, se caracteriza por desarrollar la socavación adelantada respecto al desarrollo de las zanjas y presenta la siguiente secuencia operacional: •
se desarrollan las labores del NS y solo algunas labores de los niveles inferiores (e.g. solo las calles en el NP)
•
se socava el NS, avanzando con el frente de socavación hasta que éste se ubica a cierta distancia por delante del futuro frente de extracción
•
se desarrollan las restantes labores del NP, en el sector que se ubica ahora bajo área socavada
•
se realiza la apertura de las bateas de extracción, bajo área socavada
•
se inician las actividades de extracción de mineral, a una cierta distancia de los frentes de socavación y de preparación.
-Esquema isométrico de una minería por hundimiento de paneles (panel caving) con socavación avanzada.-
El panel caving con socavación previa, que se ilustra en Figura 3.7 de página siguiente, se caracteriza por desarrollar la socavación antes de que se desarrollen las labores del NP y presenta la siguiente secuencia operacional: •
se desarrollan las labores del NS
•
se socava el NS, avanzando con el frente de socavación hasta que éste se ubica a cierta distancia por delante de los futuros frentes de extracción y de preparación
•
se desarrollan todas las labores del NP, que ahora se ubican bajo área socavada
•
se realiza la apertura de las bateas de extracción, bajo área socavada
•
se inician las actividades de extracción de mineral, a una cierta distancia de los frentes de socavación y de preparación.
Esquema isométrico de una minería por hundimiento de paneles (panel caving) con socavación previa.
Generalidades El panel caving normalmente utiliza equipo LHD para la extracción de mineral y transporte a los piques traspaso y/o chancadores en el NP. Típicamente la planificación subdivide el panel a explotar en sub-áreas, usualmente de unos 15.000 a 30.000 m2 al año y con alturas económicas en el rango de 100 a 300 m. La fragmentación juega un rol fundamental en el diseño y productividad del método. Las condiciones de superficie deben permitir el desarrollo de la subsidencia asociada al proceso de caving. Este método de explotación es uno de los más económicos, con costos de operación típicos en el rango de 3 a 4 US$/ton y, dependiendo del área total abierta, una capacidad productiva en régimen de 20.000 a 45.000 TPD.
Operación El desarrollo de un panel caving incluye lo siguiente: Nivel de Socavación Hundimiento (NS o UCL), con galerías de socavación paralelas entre sí y espaciadas típicamente a 15 m, en el caso de las variantes con socavación avanzada o con socavación previa, y a 30 m, en el caso del panel caving convencional; Nivel de Producción (NP), con galerías paralelas entre sí y espaciadas típicamente a 30 m, con puntos de extracción usualmente a distancias de 15 a 20 m, y bateas por donde se extrae el mineral; Sub-Nivel de Ventilación (SNV), con galerías de inyección y extracción de aire, desde donde se levantan chimeneas a los otros niveles (el control de la fragmentación puede ser realizado en los brocales del NP, o en un Nivel de Martillos o de Control (NC)); Nivel de Transporte (NT), con un conjunto de galerías de carguío y transporte y buzones de descarga (es el nivel de menor elevación). Los piques de traspaso de mineral (OP) se desarrollan desde el NC, y se extienden hasta el NT. En el caso del panel caving convencional la socavación rompe contra bateas previamente abiertas en el NP. Se inicia el caving y el mineral cae en las bateas colectoras, desde donde es canalizado a los puntos de extracción del NP y, desde ahí, mediante los OP al NC y al NT. En el caso del panel caving con socavación avanzada (o con socavación previa), la socavación no rompe contra bateas previamente abiertas en el NP, ya que siempre la socavación va adelantada (o se ha realizado con anterioridad al desarrollo de las labores del NP). Se debe controlar la extracción para una programación eficiente. Para obtener la mejor recuperación de reservas se requiere un tiraje controlado y, también, seguir un programa de extracción planificado de modo tal que la zona de contacto estéril-mineral descienda en forma más o menos pareja. Tanto la tasa de socavación como la tasa de extracción son críticas para el éxito del método. Toda la perforación es parte de la preparación, por lo que teóricamente no se requiere durante la producción; sin embargo, en la práctica, es necesario asistir desde el NP el fracturamiento y flujo de mineral. De hecho, es frecuente la reducción secundaria mediante tronadura (aunque actualmente se está promoviendo el uso de hidrofracturamiento). La fortificación típica del NS consiste en perno y malla metálica, mientras que en el NP incorpora shotcrete y cables, y en el caso de los puntos de extracción cables, marcos metálicos y concreto armado, con zunchos de confinamiento en los pilares. Los restantes niveles usualmente se fortifican con perno, malla metálica y shotcrete. La extracción de mineral desde los puntos de extracción y su transporte a los OP se realiza con equipos LHD (de 6 a 9 yd3 ); aprovechándose la fuerza de gravedad para manejar y transferir el mineral, mediante piques de traspaso, hacia los
Niveles de Control y de Transporte. Típicamente el Nivel Principal de Transporte trabaja con trenes o camiones (de 20 a 50 ton). Puede ser factible el uso de chancadores en el NP y, también, el transporte con correas para reducir o eliminar los desarrollos verticales.
El Teniente está generando un quiebre mundial en los métodos subterráneos de explotación, a través de la tecnología de preacondicionamiento . Consiste en intervenir el macizo rocoso antes del proceso de hundimiento, con el objeto de reducir el riesgo sísmico y el tamaño de la roca en los puntos de extracción, provocando que el proceso sea más rápido, seguro y económicamente rentable. Esto se logra mediante la combinación de dos tecnologías: fracturamiento hidráulico (utilizando agua a presión) y debilitamiento dinámico con explosivos (sucesivos estallidos menores distribuidos en el macizo)
Condiciones de aplicación ➢
Requiere de yacimientos con valores minerales muy uniformes.
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El mineral no debe aglutinarse ni compactarse, ya que de otro modo se originarán dificultades al extraer por los contrapozos.
➢
Se aplica a vetas potentes cuyo buzamiento es superior a 65°
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El mineral debe ser tan facturable, que se quiebre por la acción de su propio peso y la presión del terreno de encape.
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Los yacimientos horizontales deben tener como mínimo una potencia de 30m, que justifique la aplicación de este método.
Ventajas El método de panel caving presenta las siguientes ventajas: •
Minería a gran escala.
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Alta recuperación de reservas (90% a 125%).
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Alta tasa de producción (10.000 a 45.000 TPD).
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Alta productividad (200 a 250 ton/hombre-turno).
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Método con los menores costos de operación (aprovecha la gravedad).
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Permite un manejo de materiales mecanizado.
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Permite una operación estandarizada.
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Operación segura (en el caso del NP el método convencional es el que presenta una menor seguridad), y con una buena ventilación (excepto en el NS o UCL).
Desventajas El método de panel caving presenta las siguientes desventajas: •
Las variantes de socavación avanzada o de socavación previa disminuyen la flexibilidad del método, ya que las distancias entre los frentes de socavación, de construcción y de extracción deben mantenerse dentro de ciertos rangos (típicamente la distancia entre los frentes de socavación y de extracción no puede exceder los 80 a 100 m).
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Minería lenta y de gran extensión.
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Alto costo de preparación (el costo es mayor en el caso del panel caving con socavación previa).
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El control del tiraje es crítico para el éxito del método.
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Presenta dilución, típicamente entre 10 y 20%.
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Riesgo de colapsos si la actividad minera (socavación y extracción) no es bien controlada (mayor riesgo en el caso del método convencional).
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Riesgo de ocurrencia de colgaduras, las que eventualmente pueden generar airblasts.
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Riesgo de generar una excesiva sismicidad inducida, e incluso estallidos de roca, si la actividad minera (socavación y extracción) no es bien conducida (minería en roca primaria).
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Bajo ciertas condiciones existe el riesgo de ocurrencia de daños en los puntos de extracción antes del término de su vida operacional (ocurrencia excesiva de sobretamaños, presencia de estructuras desfavorablemente orientadas, extracción poco regular, etc.). La experiencia a la fecha indica que este riesgo sería mayor en el caso del método convencional.
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Alto costo de reparación de pilares sobre-cargados en el NP.
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Genera subsidencia a gran escala
Características puede señalarse que el panel caving es un método de explotación cuyo propósito es inducir el quiebre espontáneo del macizo rocoso mediante la socavación de la base de la columna de mineral, y que presenta las siguientes características: 1- Requiere socavar un área inicial de extensión suficiente como para asegurar el inicio del
caving producto de la extracción de mineral. En sus variantes con socavación avanzada o con socavación previa, el área en extracción es menor que el área socavada. 2- El crecimiento en planta del área socavada es más o menos continuo, conforme se socava
una faja a lo largo del frente de socavación. En sus variantes con socavación avanzada o con socavación previa, el frente de extracción va retrasado respecto al frente de socavación. 3- El crecimiento en la vertical de la cavidad generada por el caving se produce desde el
Nivel de Socavación hacia arriba, ocurre en el área en extracción (que no necesariamente
es igual al área socavada), y depende de las características geológico-geotécnicas del macizo rocoso mineralizado y del manejo de la extracción. 4- Se tiene un buen control sobre el crecimiento en planta del área socavada, y se tiene más
flexibilidad en lo referente a la secuencia de crecimiento que en el caso del block caving. 5- Se tiene relativamente poco control sobre el crecimiento en la vertical del caving; aunque
puede acelerarse o desacelerarse variando las tasas de extracción (si ello resulta permisible), y facilitarse mediante la incorporación de más área en extracción (si ello es posible). 6- Cuerpos masivos con una proyección en planta suficiente para inducir el hundimiento de la
roca. 7- La roca mineralizada a hundir debe ser medianamente competente 3A-4ª. 8- La roca estéril de techo debe ser hundible. 9- La roca de caja puede ser competente como en el caso de pipas diamantíferas. 10- Se induce el hundimiento de la roca a través del corte basal 4-12 m. El hundimiento se
propaga en la medida que la roca es extraída del hundimiento utilizando la infraestructura de producción. 11- Productividad: 12000 a 48000 tpd. 12- Dilución: 20%. 13- Recuperación: 75%. 14- Costo: 2,1-5$/t.
Conclusión Bajo condiciones favorables, el hundimiento de bloques es un método de explotación muy económico. La extensa preparación y el prolongado tiempo que se tarda antes de que la producción alcance su capacidad máxima, que se traduce en una alta inversión inicial, son los inconvenientes más notables. Por otra parte, existen ciertos riesgos tales como el derrumbamiento y la fragmentación, que muchas veces, se encuentran fuera del control minero. Sin embargo, a gran escala es un método que puede entregar los mejores dividendos económicos debido a su bajo costo de explotación.
