Apunte planificación minera subterránea
Para mantener la seguridad dentro de las unidades de explotación subterránea o caserones, las dimensiones para el diseño de estos debe hacerse de acuerdo a las condiciones geotécnicas donde estará emplazada la futura explotación siempre teniendo en cuenta la recuperación, dilución y posteriormente los costos que ocasionará tal diseño. Si bien existen muchas maneras de caracterizar la estabilidad de un macizo rocoso para su posterior diseño una de las formas más aceptadas de diseñar las unidades de explotación subterráneas comúnmente denominadas caserones es la metodología de Matthews la cual relaciona la estabilidad del macizo rocoso y la geometría del caserón expuesto. Debido a que la determinación de las calidad de un macizo y de las condiciones a las cual está sometidas son determinadas por datos producto de un estudio más acabado, este curso se limita a un diseño conceptual de un caserón o unidad de explotación subterránea.
El numero de estabilidad se define como
Donde : Q=índice de calidad de túnel de Barton A=Ajuste por esfuerzo inducido B=Ajuste por estructuras interceptando la pared a estudiar C=Ajuste por orientación de la excavación
Luego de determinado este indicador, la metodología propone un gráfico que relaciona la estabilidad con las dimensiones de un cara a través del radio hidráulico.
Apunte planificación minera subterránea Radio hidráulico se define como:
Cabe mencionar que existe un radio hidráulico distinto para cajas y coronas. Para este curso se ocupará el mismo radio hidráulico tanto para corona como cajas teniendo en cuenta el lector que en la realidad este varia.
Ejemplo: Se ha determinado un indicador de estabilidad N=44 Por la metodología grafica se puede determinar el radio hidraulico , resultanto un radio hudraulico que se situa entre 10 a 15, siendo el punto punto medio entre ambos ambos extremos 12,5
Figura 1: Gráfico de Matthews
Apunte planificación minera subterránea Radio hidráulico se define como:
Cabe mencionar que existe un radio hidráulico distinto para cajas y coronas. Para este curso se ocupará el mismo radio hidráulico tanto para corona como cajas teniendo en cuenta el lector que en la realidad este varia.
Ejemplo: Se ha determinado un indicador de estabilidad N=44 Por la metodología grafica se puede determinar el radio hidraulico , resultanto un radio hudraulico que se situa entre 10 a 15, siendo el punto punto medio entre ambos ambos extremos 12,5
Figura 1: Gráfico de Matthews
Apunte planificación minera subterránea
Si quisiéramos diseñar una unidad de explotación idealizada, esta se asemejaría a un paralelepípedo en la cual sus caras son rectángulos con lados A y B, es posible una vez determinado el radio hidráulico y un lado de la cara del paralelepípedo A, determinar el otro lado B para el cual esa cara es estable. En efecto se puede deducir una relación analítica:
De la relación anterior se observa que en el denominador si A < 2 , entonces B será negativo, lo cual no tiene sentido. Sin embargo el radio hidráulico para efectos de diseño puede ser reducido y aun así la pared debiera ser estable. Ejemplo: Sea =12 y A= 20 mts. Si se determina el lado según la relación expuesta anteriormente B= -120 lo cual no tiene sentido Sin embargo Si entonces A=180 mts. La cuales son las dimensiones dimensiones máximas para las las cuales esa pared es estable
Apunte planificación minera subterránea
Si bien el termino caserón está asociado con los métodos denominados “open stope” o de caserón auto soportados como lo es sub-level stoping, long blast hole o VCR, existen muchas variantes que pueden incluir relleno como el método bench and fill, en la cual la característica que comparten todos estos métodos es la secuencia de la tronadura o avance. La sección del caserón que es perpendicular a la dirección de avance de la tronadura es considerada transversal. Una importante característica a considerar antes de diseñar una sección transversal es la morfología o configuración del cuerpo mineralizado o envolvente económica. En el caso de yacimientos vetiformes sub-verticales el ancho de la sección está definido por la potencia de la veta por lo que se necesita saber solo altura para la cual el caserón será estable.
Figura 2: Sección transversal en una veta sub-vertical
Apunte planificación minera subterránea
El caso contrario son los yacimientos sub-horizontales, como por ejemplo los yacimientos mantiformes o lenticulares , la potencia del yacimiento determina la altura de la sección por lo que se necesita saber el ancho para el cual la sección es estable. En la figura siguiente en achurado se aprecia la dilución de techo y piso producto del diseño, es posible modificar la altura o trasladar el caseron de tal forma de aumentar la recuperación del método.
Figura 3: Sección transversal en un cuerpo sub-horizontal
Apunte planificación minera subterránea
Ejemplo :Diseñe la sección transversal de un caserón idealizado usando un radio hidráulico = 12 en todas sus paredes.
Este ejemplo será desarrollado en Vulcan. En la pantalla del envisage se tienen diferentes herramientas y paneles que nos ayudaran a diseñar las unidades siguiente figura se muestran algunas de estas herramientas
Figura 4: Envisage de Vulcan
de explotación. En la
Apunte planificación minera subterránea Una de las herramientas más importantes a dominar son las herramientas de visualización ya que con ellas se puede apreciar de la mejor forma posible la ubicación espacial del diseño. Parte importante de visualizar un diseño, es tener la correcta perspectiva de los objetos que tenemos en la pantalla del envisage, esto lo podemos lograr con la herramienta look for point ubicada al costado derecho de la pantalla como se aprecia en la figura siguiente
Figura 5: Look From Point
Si
mantenemos
clickeado
con
el
botón
izquierdo se desplegaran una serie de botones los cuales son vistas o perspectivas, como se muestran en la siguiente imagen:
Figura 6: Perspectivas o vistas
Apunte planificación minera subterránea Otra forma muy útil de visualizar o apreciar un cuerpo mineralizado o envolvente económica para poder diseñar es utilizando planos de corte del sólido o vista de sección, esto se puede hacer en Vulcan presionando la herramienta create section view, situada en la parte superior de la pantalla como se muestra en la siguiente figura: Figura 7: Create Section View
Si presionamos créate section view aparecerá el siguiente cuadro de dialogo:
Opción permite definir un plano vertical a través de dos Inclinación del plano definido por dos puntos
Definir un plano horizontal a Figura 8: Configuración Create Section view
través de un nivel (eje Z) determinado
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Si seleccionamos generar un plano de sección a través de dos puntos y presionamos ok, en la pantalla se nos pedirá los dos puntos que definirán el plano de sección como se muestra en la figura.
Figura 9: Plano de sección en vista planta
Apunte planificación minera subterránea Una vez hemos realizado la operación nos aparece la sección o plano de corte del sólido, en este caso el cuerpo mineralizado. A través del botón toggle sliced view podemos salir de la sección o viceversa.
Figura 10: Toggle Sliced View, botón para ver sección y deshabilitarlas
Si clickeamos toggle sliced view con el botón derecho del mouse nos aparecerá un cuadro llamado slice, este cuadro sirve para modificar el plano de corte o sección como se muestra en la siguiente figura Distancia Distancia de
entre un
visualización
plano de
Distancia de
desde el plano de
corte y otro
visualización
corte o sección hacia atrás
desde el plano de corte o sección hacia adelante
Figura 11: Configuración de las propiedades de la sección
Saltar a un plano de corte o sección paralelo adelante o atrás
Apunte planificación minera subterránea
Otra
herramienta
muy
importante para poder dimensionar y ubicar un cuerpo mineralizado en el espacio es la grilla. Esta puede ser visualizada o abierta clickeando toggle grid display
como aparece en la
siguiente figura
Figura 12: Toggle Grid DIsplay, botón para visualizar grilla
Clickeando con botón secundario o derecho a toggle grid display
aparecerá una
cuadro grid properties o propiedades de la grilla como se muestra en la imagen siguiente:
Dimensiones de la grilla según el eje
Figura 13: Configuración de las dimensiones del grillado según eje
Plano en el cual trabaja la grilla
Figura 14: Cambio de plano de visualización de la grilla
Apunte planificación minera subterránea
Ya pudiendo ver el cuerpo mineralizado desde diferentes perspectivas, eligiendo una de estas y realizando un corte o sección apoyados por el grillado estamos en condiciones de poder diseñar la primera sección transversal. Para ello debemos crear una layer si es que no hemos hecho una anteriormente , como se observa en la imagen siguiente.
Figura 15: Creación de layer
Apunte planificación minera subterránea Como se ha mencionado antes, para cuerpos mineralizados sub-horizontales debemos considerar la potencia como la altura del caserón idealizado. Como se ve en la siguiente figura, la altura usada va desde la cota 59 hasta la cota 76, es decir 17 metros.
Figura 16: Sección transversal considerando la altura del caserón
Para dimensionar el ancho del caserón debemos recurrir a la fórmula del radio hidráulico para secciones rectangulares. Debido a que tenemos una altura y el radio hidráulico reemplazamos los valores en la formula:
Debido a que el valor de ancho es negativo necesitamos cambiar el radio hidráulico, este nuevo valor debe ser menor para que se conserve la estabilidad, en nuestro caso y para efectos de diseño se utilizara el valor de 8, por lo que recalculando el ancho para el cual la sección es estable es:
Apunte planificación minera subterránea
Si bien el ancho de nuestra sección puede llegar a ser de 272 metros, el ancho del cuerpo mineralizado no supera los 35 mts. por lo que este último será el ancho a utilizar para sección, lo cual se muestra en la siguiente imagen:
Figura 17: Sección transversal diseñada y estable
El problema de un caserón idealizado es que no se adapta a la forma del cuerpo por lo que no se extraen ciertas zonas y otras zonas tienen alta dilución, generalmente en los techo para cuerpo sub-horizontales. Esto se aprecia en la siguiente imagen en achurado para zona con dilución en rojo y celeste mineral sin recuperar.
Figura 18: Falta de recuperación y dilución se una sección transversal rectangular
Apunte planificación minera subterránea
Para solucionar este problema y de manera pedagógica y conceptual, ocuparemos la herramienta move con la cual trasladaremos la sección un poco más abajo para que se recupere mas mineral del piso de caserón como se parecía en la siguiente figura.
Figura 19: Herramienta Move
Manteniendo clickeada se puede desplegar otro tipo de herramientas para mover objetos
Figura 20: Opciones adicionales de Move
También es importante seleccionar en el panel inferior snap to points , esta herramientas sirve para restringir la opción de objetos a solo los puntos de estos. En nuestro caso para trasladar la sección nos tomaremos como punto de referencia un vértice de la sección por lo que si no seleccionamos snap to points no podremos seleccionar exactamente el vértice.
Figura 21: Snap to points
Apunte planificación minera subterránea La herramienta move nos pedirá como habíamos mencionado anteriormente un punto de referencia el cual se pondrá dentro de un vértice de la sección y también nos pedirá un punto a cual trasladar el punto, en nuestro caso particular trasladaremos la sección dos metros más abajo, como se muestra en la en la figura.
Figura 22: Traslado de sección transversal
Es probable que cuando quiera presionar el segundo punto de traslado no se pueda realizar, esto es debido a que tiene activada la opción snap to points con la cual solo puede clickear punto en la pantalla. Para poder clickear en cualquier punto de la pantalla debe
Figura 23:Indicate
seleccionar indicate.
Luego se abrirá el cuadro translation option en cual se ofrecen diversas opciones de translación, como lo que se requiere es solo trasladar el objeto seleccionaremos translate original
Figura 24: Opciones de traslado
Apunte planificación minera subterránea Terminado el traslado de la sección la siguiente imagen en rojo muestra la sección trasladada y en verde la sección en su posición original.
Figura 25: Traslado vertical de sección transversal, en verde antigua posición y en rojo sección trasladada
Ahora que tenemos diseñada la primera sección debemos dimensionar la secciones longitudinales, la cuales son las cajas y el techo.
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Las cajas son las paredes laterales del paralelepípedo, como sección longitudinal comparten la altura con la sección transversal, es decir la cajas tienen una altura de 17 metros. Tomando en consideración un radio hidráulico igual que para la sección transversal, es decir la cajas poseen un radio hidráulico de 12, en base a esto y usando el mismo método para dimensionar los lados una sección rectangular se llegará a que el largo en este caso podrá ser de hasta 272 mts, sin embargo desde la perspectiva de perfil el cuerpo mineralizado se puede aprecia que el largo desde la sección transversal hasta donde se termina el cuerpo es de aproximadamente 50 metros. Sin embargo todavía no diseñaremos con esa dimensión puesto que las cajas comparten el largo con la coronas y determinaremos el largo considerando ambas caras.
Figura 26: Vista del perfil, en rojo sección transversal
Apunte planificación minera subterránea La corona o hangwall comparte el ancho de 35 metros con la sección transversal, si bien en la realidad generalmente le radio hidráulico es distinto para las coronas, de forma pedagógica se mantendrá el mismo valor. Determinando de la misma manera el largo de la corona con un ancho de 35 y un radio hidráulico de 12 se tiene:
Ahora si bien el largo máximo que puede tener la corono es de 76,4 mts, una vista de planta demuestra que el cuerpo de aproximadamente 50 mts. de largo se va acortando en su ultimo 40 mts. Por lo que diseñar el caserón con 50 mts. implicaría mucha dilución, dejando el largo para efectos de diseño en 40 mts.
Figura 27: Vista de planta cuerpo mineralizado, en rojo sección transversal
Apunte planificación minera subterránea Finalmente las dimensiones para un caserón idealizado son: Alto=17 mts. Ancho=35 mts. Largo= 40 mts.
Si bien tenemos las dimensiones de nuestro caserón necesitamos dibujar en la pantalla otra sección transversal paralela y en un plano separado 40 metros desde la primera sección ya diseñada, esta distancia tiene que coincidir con el largo del caserón pues en realidad estas dos secciones transversales son las dos caras del caserón con la cuales triangularemos un sólido. Para realizar esta labor nos apoyaremos de la misma herramienta slice ,
en la cual
cambiaremos a un plano paralelo al plano actual. Como la distancia entre el plano en el cual fue dibujada la primera sección y el plano donde vamos a dibujar la otra sección es el largo del caserón (40mts), cambiaremos el campo step de 5 a 40 como se muestra en la siguiente figura. Después presionamos slice forward para saltar a ese plano.
Figura 28: Cambio de plano de sección
Es probable que una vez cambiemos de plano no veamos nuestro de diseño de la primera sección, el cual necesitaremos para diseñar la segunda sección transversal. Para poder visualizarla tenemos que cambiar el campo back de 5 mts. a más de 40 mts., como por ejemplo 45 mts. como se verá en la siguiente figura:
Figura 29: Sección transversal visualizada desde otro plano de sección
Apunte planificación minera subterránea Si bien vemos la sección que diseñamos antes nos encontramos en otro plano por lo que todo los que diseñemos se limitara solo a este, es en este momento que procedemos dibuja a través de la herramienta rectangle tratando de calcar lo más exacto posible la primera sección visualizada. En verde se apreciará la segunda sección dibujada.
Figura 30: Secciones transversales vista de frente
Apunte planificación minera subterránea Una mejor apreciación de lo que hemos creado se puede hacer quitando el plano de corte y poniendo en perspectiva el sólido, resultando algo como lo que se visualiza en la figura:
Figura 31: Dos secciones transversales rectangulares de un caserón idealizado
Ahora que tenemos las dos secciones paralelas diseñadas poder triangular un sólido, el cual será de mucha utilidad para más adelante pues tendrá volumen y tonelaje. Para eso iremos a model -> triangle solid -> créate
Figura 32: Crear triangulación
Apunte planificación minera subterránea Presionando este menú no aparecerá un cuadro como el que se muestra en la figura donde debemos clickear construct first end plate y construct last end plate para que el sólido una vez se cree pueda estar cerrado.
Figura 33: Ajustes para la creación de triangulación
Apunte planificación minera subterránea Presionamos ok y debemos seleccionar las dos secciones transversales, si lo hicimos bien se nos preguntara de qué color queremos que sea la triangulación y luego se nos preguntara si queremos seleccionar otra sección o dibujo, lo cual por el momento no necesitamos por lo que clickeando el segundo botón del mouse en cualquier parte dos veces nos aparecerá el siguiente cuadro:
Figura 34: Confirmar la creación de sólido
Apunte planificación minera subterránea
Y presionamos save edit , luego de esto nos aparecerá un cuadro como el que se muestra en pantalla
Ubicación donde se almacenará el archivo de la trian ulación
Nombre de la triangulación
Color de la triangulación
Figura 35: Guardar sólido
Apunte planificación minera subterránea Presionando ok , se guardara el archivo de la triangulación y podremos visualizarla normalmente en la pantalla y en el explorador de vulcan ( vulcan explorer ) como se muestra en la pantalla
Figura 36: Caserón idealizado y cuerpo mineralizado
Finalmente con esto hemos realizado nuestro primer caserón de forma idealizada.
Apunte planificación minera subterránea Debido a que para las operaciones subterráneas es muy importante la seguridad, el control de las paredes es un tema tangencial para la planificación en muchos aspectos como por ejemplo dilución no planificada, costos y tiempo de fortificación, o el relleno para caserones inestables. Es la razón de registrar los parámetros de diseño adecuadamente. Para caserones idealizados se ocupara la siguiente forma de registrar al menos tres de sus lados ortogonales junto con sus sus radios hidráulicos de diseño. En primer lugar coloque nombre, número o letras a cada vértice del paralelepípedo, esto se hace con desing-> create-> create text como se aprecia en la siguiente figura:
Figura 37: Crear texto
Presionando la herramienta nos pedirá seleccionar el punto donde se colocará la letra, por lo que tenemos que apretar snap to point nuevamente para que efectivamente el texto este ubicado en el vértice y no en otra parte.
Apunte planificación minera subterránea
Luego si no tenemos un layer asignada para el texto, se nos permitirá crear una antes de introducir el texto. Cuando hemos creado la layer, nos aparecerá un recuadro donde debemos colocar el texto, en este caso a cada vértice lo representaremos con una letra.
Figura 38: Cuadro de generación del texto
Debemos repetir esta operación para cada vértice con las letras del alfabeto que usted quiera. Ahora que cada vértice tiene asignada una letra podemos nombrar a cada arista o lado por las letras de sus vértices extremos. Ej: el lado que se encuentra entre los vértices A y B, se llamara AB.
Apunte planificación minera subterránea
La siguiente figura muestra los nombre de los vértices para el caserón idealizado creado.
Figura 39: Caserón idealizado y sus vértices
Apunte planificación minera subterránea De acuerdo a la notación y a las dimensiones del caserón explicadas anteriormente, la tabla siguiente puede resumir el proceso de diseño de un caserón idealizado
Tabla 1: Paredes de caserón idealizado con sus correspondientes parámetros de diseño
radio hidráulico
Lado 1
Lado 2 nombre
Matthews
Diseño
Nombre
medida
Medida Estabilidad
Sección transversal
12.000
8.000
DA
17.000
BA
272.000
diseño 35.000
caja
12.000
8.000
DA
17.000
AC
272.000
40.000
techo
12.000
12.000
FD
35.000
DE
76.364
40.000
Radio Radio
hidráulico
hidráulico obtenido
modificado para evitar
mediante
dimensiones
grafico
negativas
Longitud de
Longitud
máxima estabilidad
ocupada
para una
diseño del caserón
pared
para el
Una de las desventajas de nuestro método de diseño con vulcan es que hemos diseñado las secciones de forma manual sin el apoyo de una herramienta precisa para dimensionar las medidas. Una forma de cerciorarse de que efectivamente las medidas de cada arista miden lo que diseñamos o al menos está cerca. Para ello utilizaremos la herramienta distance between points que se ubica dentro del panel de herramientas de medición como se muestra en la figura:
Figura 40: Distance between points
Con ella y siempre teniendo presionado snap to point
Figura 41: Snap to points
Apunte planificación minera subterránea Medimos cada arista que hemos introducido en el cuadro anterior. Para el caso del ejemplo que hemos estado desarrollando se midieron todas las aristas mencionadas en el cuadro anterior y el cambio es el siguiente:
Tabla 2: Paredes de caserón idealizado con sus parámetros de diseño modificados
radio hidráulico
Lado 1
Lado 2 Medida nombre
Matthews
Diseño
Nombre
medida
Estabilidad
diseño
Sección transversal
12.000
8.000
DA
17.030
BA
264.544
35.115
caja
12.000
8.000
DA
17.030
AC
264.544
40.105
techo
12.000
12.000
FD
35.115
DE
75.822
40.105
Esto refleja lo inexacto del procedimiento que se realiza aunque sin embargo la diferencia no es considerable, aunque esto es relativo al tipo de mineralización que estemos trabajando.
Apunte planificación minera subterránea
En la práctica es dificultoso poder aplicar un caserón paralelepípedo a una explotación minera, especialmente porque no se adapta a la forma del cuerpo mineralizado ocasionando dilución o poca recuperación. Si bien el diseño de un caserón requiere de experiencia previa y conocimientos más acabados del yacimiento (mineralización, estabilidad, prácticas operacionales, etc) una forma básica de realizarlo es la siguiente. Tomando como base el ejemplo anterior tenemos una sección transversal cualquiera como se muestra en la figura siguiente.
Figura 42: Sección transversal de un caserón idealizado
Crearemos una nueva layer y luego usaremos la herramienta polygon
Figura 43: Polygon
Apunte planificación minera subterránea
Con esta herramienta y usando como guía la sección rectangular especialmente en el piso y en el techo seguir la línea del cuerpo mineralizado como se visualiza a continuación:
Figura 44: Sección transversal de un caserón no idealizado, en azul
Apunte planificación minera subterránea
Esta misma acción se puede realizar en cualquier otro plano en el cual se intercepte el caserón idealizado (sección rectangular) con el cuerpo mineralizado como se muestra a continuación
Figura 45: Sección de un caserón idealizado y cuerpo mineralizado
Usando el mismo criterio anterior, r espetando el piso del caserón idealizado y tomando el techo con la forma del cuerpo mineralizado se tiene en azul en la figura siguiente:
Apunte planificación minera subterránea
Figura 46: Sección de un caserón idealizado y cuerpo mineralizado. En azul sección transversal de un caserón
De esta forma podríamos hacer las secciones transversales que estimemos convenientes para luego triangularlas por el mismo método que usamos con el caserón idealizado.
Apunte planificación minera subterránea En la siguiente imagen se muestra una serie de secciones transversales en azul y el cuerpo mineralizado
Figura 47: Múltiples secciones transversales de un caserón
