Diseño de minas explotadas por Sublevel Stoping
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Variantes del método Diseño de caserones Diseño nivel producción Diseño nivel de perforación Diseño accesos Definición sistema de manejo de materiales Ventilación
Sub Level Stoping •
Cuerpos mineralizados con orientación semi vertical y debe exceder el angulo de reposo del mineral
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Roca mineral y de caja competente
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Bordes regulares
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La perforación se realiza con martillos que varían v arían desde 50 mm a 200mm dependiendo del largo de perforación
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Recuperación 50-80% principalmente principalmente debido a pilares y losas
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Dilución varía entre 3-10% de material diluyente de la pared colgante y techo
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Muros y losas pueden ser recuperados a través de tronadura masiva la cual debe ser s er diseñada y planificada como parte del método de explotación Requiere un alto nivel de preparaciones mineras las cuales se realizan en mineral La productividad del método es del orden de 500-1800 tpd por caserón en producción.
Sublevel Stoping con tiros radiales Perforación radial se utiliza cuando el cuerpo es irregular y se requiere seguir su contorno. Largo perforación es de no mas de 30 m.
2,5
– 4,5”
1.Accesos a niveles 2.Nivel de transporte Galería transporte secundario Estocadas de carguío Galería de zanja 3.Nivel de Perforación 1. Vari Vario os nivel iveles es 2. Gale Galerí ría a de perf perfor orac ació ión n 4.Zanjas recolectoras • • •
Sublevel Stoping convencional •
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Se utiliza en cuerpos de sección transversal irregular La distancia entre subniveles de perforación es de 1020m Se utiliza una zanja recolectora la cual se conecta a un nivel de producción a través de puntos de extracción
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Burden: 2m (se debe calcular)
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Espaciamiento : 3 m
Sublevel stoping con tiros largos radiales Preparación incluye todos los desarrollos requeridos previos a la producción propiamente tal:
4,5” – 6”
1. Acce Acceso sos s a nive nivele les s 2. Nive Nivell de tran transp spor orte te Galería transporte secundario Estocadas de carguío Galería de zanja 3. Nive Nivell de Per Perfo fora raci ción ón 1. Gale Galerí ría a de de per perfo fora raci ción ón 4. Zanj Zanjas as reco recole lect ctor oras as • • •
LBH Open Stoping •
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Se utiliza en cuerpos de alta potencia y regulares Se utiliza perforación LBH de alto diámetro para alcanzar largos de perforación de hasta 80m. La zanja se perfora en retroceso desde la galería de zanja En un extremo del caserón se crea una chimenea cara libre para generar el corte inicial El burden en este método varia en el rango 1.5-3m
Método VCR •
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La sección transversal es igual al método de LBH No posee cara libre La tronadura se hace contra la zanja Varios ptos de extracción pueden estar en producción a la vez. Las dimensiones de los caserones pueden ser de hasta 40m de alto para evitar daño por vibraciones y desviaciones excesiva de los tiros
Corte Longitudinal
Sublevel Stoping
Recuperación Recuperación de pilares con relleno
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VCR
Características Productivas de los métodos anteriores •
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El ciclo de producción varía en el tiempo Es función del número de puntos de extracción en producción El método de perforación y producción VCR se inventa en Canadá para aumentar la productividad del método, independizándose del número de ptos de extracción en producción.-
Recuperación y Dilución •
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Suponga que un cuerpo mineralizado posee 1.4Mt con una ley de 1.3%Cu La recuperación minera es de 70% La dilución es del 5% Las reservas mineras entonces: –
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Tonelaje1.4*0.7*1.05 Mt=1.03 Mt Ley 1.4*0.7*1.3/1.03Mt=1.24%Cu
Diferentes Tipos de Dilución La dilución Planificada es aquella que se estima como porciones de la pared que colapsaran producto de la minería. La dilución no planificadas es aquella que proviene de la operación de la mina. La dilución no planificada es producto de sobre perforación, perforación, diseño pobre de la tronadura o simplemente una mala estimación de la dilución. •
Modelos numéricos no lineales se utilizan para estimar la dilución.
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Disposición de Caserones Caserones Transversales Transversales
Caserones Longitudinales
Caserones/losas y pilares en SLS Pilares entre caserones Accesosen Accesos en Pilares entre Caserones Caserones
CASERÓN
Pilares entre estocadas
Pilares entre Caserones Caserones
20-20
Losas y pilares Caserón Superior
Losa
Pilares entre Estocadas
Pilar entre estocadas 7 -10 m
Caserón Inferior
Accesos
Tipos de accesos •
Acceso principal: –
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–
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Adit Rampa (gradiente 8%-12%), radio de giro 20m Pique
Accesos a niveles
Dimensiones/Espacios Legislación minera Numero de accesos
0.5 metros
Deben existir dos accesos independientes en una mine subterrénea Dimensiones de accesos Al menos 0,5 m de cada lado de equipos a caja Condiciones de accesos Refugios al menos cada 30 m (si distancia es 0,5 m). Si es mayor se debe enviar para aprobación del SERNAGEOMIN SERNAGEOMIN
0.5 a 1 metro Art.Art. 119º, 368º DS 132
Espacios/ funciones accesos Accesos sirven multiple funciones: Acomodar equipos de transporte Sumistros interior mina: Agua Aire Electricidad
Refugios Se deben considerar refugios cada 30 m si ancho es de 0,5 m
Métodos para dimensionar caserones
Dimensionamiento de los caserones •
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Depende básicamente de las características del macizo rocoso y el entorno de esfuerzos Se diseña para minimizar dilución y maximizar recuperación. El largo y el ancho del caserón están determinados por la cantidad de dilución a incluir en el método los cuales son función del macizo rocoso (número de estabilidad) y el área a abrir (radio hidráulico) El alto del caserón está también definido por el largo máximo a perforar (típicamente max 80m)
Diseño Geotecnico de Caserones en Minería •
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Los caserones son la unidad básica de explotación en minería. Estos se pueden dejar vacíos (sub level stoping), rellenos (cut and fill) o dejarlos colapsar (caving) El diseño de caserones se realiza con la metodología de Mathews (1981) quien incorpora una relación entre la estabilidad del macizo rocoso y el tamaño/forma de la excavación expuesta.
Gráficos de estabilidad A STABLE case history of a single excavation surface s s g a n i m n k i c m o r d f n o a y e r t l u i s a a u e q M
The STABILITY BOUNDARY separates the stable and unstable cases as well as possible. It may be linear or curved.
An UNSTABLE case history of a single excavation surface
Measure of excavation geometry
Son metodos no rigurosos, simples de usar. Existen dos metodos publicados: Grafico de estabilidad de Mathews (1981)
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Grafico de caving de Laubscher (1987)
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Stability Graph Method •
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Se acepta alrededor del mundo para el diseño subterráneo. Se puede ocupar para: –
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Estudios de prefactibilidad Planificación Back análisis
Se puede usar SOLO en las condiciones en las cuales fue construido (ver puntos que respaldan las regresiones!!)
Numero de estabilidad (N) Q
RQD J r J w J n
Q modificado
J a SRF Q
N Q A B C N
numero _ estabilidad
Q
q uality _ in index mod ified _ tunel _ qu
A
B
jo int_ orientation _ factor
C
gravity _ factor
RQD J r J n
J a
RQD= rock quality designation
stress _ factor
Jn=numero de sets Jr= rogusidad de fracturas Ja= alteración
Número de Estabilidad de Mathews •
N=Q´*A*B*C –
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Q es el índice de la roca (Deere, 1964) - NGI A es el ajuste por esfuerzo inducido B es el ajuste por estructuras interceptando la pared a estudiar C es el ajuste por orientación de la excavación
Forma excavaciones Radio hidráulico RH
Factor de Radio
Area Perimetro RH techo Plan area of a stope crown
RH pared
RF
1 2
n
n 1
1
r
Diferencia HR y RF m 0 0 1
Hydraulic Radius = 25.0 m Radius Factor = 27.8 m 100 m
m 0 0 1
Se usa Rh porque es mas simple
Hydraulic Radius = 33.3 m Radius Factor = 35.1 m 200 m
m 0 0 1
Hydraulic Radius = 37.5 m Radius Factor = 37.3 m 300 m
m 0 0 1
Hydraulic Radius = 41.7 m Radius Factor = 38.5 m 500 m
m 0 0 1
Hydraulic Radius = 50.0 m Radius Factor = 39.3 m
Ajuste por Esfuerzo Inducido = A
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A se determina graficamente determinando la resistencia uniaxial de la roca intacta (UCS) y el esfuerzo inducido en la linea central del caseron.
Determinación de esfuerzos inducidos •
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Soluciones analíticas : considerar caso elipses en 2D Métodos numéricos: 2D o 3D Métodos gráficos –
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Determinar esfuerzos in-situ: medidos o regionales (sv y sh o k) Determinar dimensiones en planos (vertical y horizontal) del caseron analisis es en 2D Determinar esfuerzos inducidos en paredes laterales, colgante/pendiente colgante/pendiente y techo Para cada caso se calcula A –
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Esfuerzos inducidos Caserón a 1000 metros de profundidad en un cuerpo que tiene un ancho de 25 metros, largo 30 metros, altura 75 m, mantea 80°
25 m
Plano 1 Plano 2
Esfuerzo inducidos- método grafico (crown y side wall) Ejemplo (caso techo): Caseron a de altura 75 metros y 25 metros de ancho ubicado a 1000 metros de profundidad Se calculan esfuerzos inducidos en plano vertical Sv=27 Mpa (in-situ) K=1.4 Sh=38 Mpa (in- situ) Caseron en ese plano: H=75 m A=25 m
techo
H/A=3
sv
s1/sv=2.6 (esfuerzos en el techo)
sh2
S1=2.6 x 27 Mpa= 70 Mpa (esfuerzo inducido)
Pared lateral sh1 sh2
H=30 m W=25 H/W=1.2 K=1 Si=38 Mpa
30 m
Esfuerzos inducidos pared colgante (hanging wall) Se estiman los esfuerzos inducidos: a lo largo del plano vertical perpendicular al rumbo (H=75 m, W=25, k=1.4) •
Si valores <0 si=0, A=1
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En el plano horizontal (H=30m; W=25m; k=1) •
K=1; altura/span=1,2
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S1/sh1=0,75 s1=27,8 MPa
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Sc/s1=120/27,8=4,3
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A=0,35
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Se elige el menor valor de A para ambas paredes del caseron
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Esfuerzos inducidos- pared colgante A lo largo del manteo
A lo largo del rumbo
Factor de Ajuste por Orientación de Estructuras: B
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Se ajusta el número de estabilidad estabili dad de acuerdo a la orientación rumbo y manteo de las estructuras con respecto a la pared en estudio
Factor Gravitacional: C •
mayor inclinación menor tendencia a que ocurra un deslizamiento de cuñas preformadas.
C 8 7 cos( )
mante anteo o _ des desde _ hori horiz zonta ontall
Original Mathews Estable: sin soporte o localizado Inestable: Falla localizada La excavación fallara
Gráfico de Estabilidad Se utiliza para estimar la estabilidad del techo del caserón y el tamaño de la pared colgante El radio hidráulico es una medida medida del tamaño de la excavación •
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Potvin, 1998
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175 casos de estudio
Gráfico de estabilidad/caving Estable: 10% dilución Potencial inestable: 1030 % dilucion Falla Potencial: dilución mayor a 30% Caving: derrumbe total hasta llenar el caseron
After Stewart and Forsyth, 1995
Predicción usando probabilidades de falla Se habla de probabilidad de estar en alguno de los estados: 1. Estable 2. Falla/falla mayor 3. Cavi Caving ng (c (col olap apso so del del case caseró rón) n)
z
p
2.9603 -1.4427 ln S + 0.7928 ln N 1 1 e
z
Logit values
Ref: Mawdesley, et al (2000)
Cálculo de probabilidad de falla Probabilities Density Functions 1.00
North Endwall (0.895) 78 % Stable 22% Failure and MF 0% Caving
Footwall (0.951) 96% Stable 4% Failure & MF 0% Caving
0.90 Crown (0.567) 10% Stable 90% Failure & MF 0% Caving
0.80 0.70 y t i l i b a b o r P
0.60 0.50
e n o Z g n i v a C
South Endwall (0.939) 93% Stable 7% Failure & MF 0% Caving
Combined failure and major failure zone
Stable zone
0.40 Hanginwall Hanginwall (0.682) 14% Stable 86% Failure & MF 0% Caving
0.30 0.20
Stable Failure & Failure Major Failure Caving
0.10 0.00 0 0 . 0
0 1 . 0
0 2 . 0
0 3 . 0
0 4 . 0
0 5 . 0
0 6 . 0
Logit Values
p
0 7 . 0
0 8 . 0
0 9 . 0
0 0 . 1
Método
Mawdesley et al, 2001
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gráfico de estabilidad
Método de estabilidad- casos de falla
Método de estabilidad- casos de falla mayor
Cálculo de % dilución
Diseño empírico de soporte en caserones
Diseño de caserones
Resumen •
Diseño de caserones –
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Estimar la geometría del caseron (ley de corte) Estimar esfuerzos in situ e inducidos Establecer luz máxima de techo y paredes Determinar tamaño de losas y muros con método de Pakalnis Analizar orientación de caserones longitudinales o transversales
Referencias métodos de estabilidad •
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Mawdesley, C., Trueman, R, Whiten, W.J., Extending the stability graph for open stope design, Trans. Inst. Min. Metall. 110: January-April, 2001. Potvin, Y., Hadjigeorgiou, Hadjigeorgiou, J., The T he stability graph method for Open Stope Design. Underground Mining Methods Engineering fundamentals and International Case Studies, pp. 513.