Servicios Auxiliares en Mina RELLENO RELLEN O EN PAST ASTA A (PF)
RELLENO EN PASTA (PF)
•
Fue desarrollado por primera vez en la mina Grund, Alemania.
•
Los primeros Rellenos en Pasta contenían una fracción de agregado grueso, similar a una mezcla de hormigón regular regular y el cemento se añadía al momento de rellenar el tajeo.
•
En la actualidad, el cemento se añade en la mezcla del Relleno en Pasta antes de ser transportado.
•
Mientras que el Relleno en Pasta tiene las propiedades físicas de un semisólido, las propiedades del “Relleno de Alta Densidad” son la de un fluido.
RELLENO EN PASTA (PF)
•
Fue desarrollado por primera vez en la mina Grund, Alemania.
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Los primeros Rellenos en Pasta contenían una fracción de agregado grueso, similar a una mezcla de hormigón regular regular y el cemento se añadía al momento de rellenar el tajeo.
•
En la actualidad, el cemento se añade en la mezcla del Relleno en Pasta antes de ser transportado.
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Mientras que el Relleno en Pasta tiene las propiedades físicas de un semisólido, las propiedades del “Relleno de Alta Densidad” son la de un fluido.
RELLENO EN PASTA (PF)
•
Dependiendo las características geomecánicas del macizo rocoso, es posible añadir un porcentaje de cemento cuando se deba rellenar un tajeo terciario.
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Se tienen hasta tres casos en los que no se tuvo éxito (Dome, El Indio y Elura).
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Una variación interesante (bajo investigación) es el de preparar Relleno en Pasta y hacer pequeños “conglomerados de relleno” y luego de fraguar son añadidos al relleno para obtener un Relleno en Pasta
de mayor resistencia.
RELLENO HIDRÁULICO (HF) Y RELLENO EN PASTA (PF)
•
Relleno Hidráulico (HF): − Requiere abundante cantidad de agua para poder transportar los elementos sólidos. − El exceso de agua de transporte debe ser drenado en su totalidad.
− Las partículas finas reducen la permeabilidad del relleno y perjudica su resistencia. •
Relleno en Pasta (PF): − Requiere la presencia de lodos para maximizar el contenido de sólidos. − Las partículas finas actúan como lubricante. − Las partículas finas reducen la necesidad de usar grandes volúmenes de agua.
− El agua utilizado no necesita ser drenado porque es consumida hidratando el cemento.
APLICACIÓN DEL RELLENO EN PASTA (PF)
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El Relleno en Pasta en el ciclo de minado sirve como: − Plataforma de trabajo. − Pared de trabajo.
− Respaldo al diseño de ingeniería o planeamiento. •
El Relleno en Pasta como soporte del macizo rocoso local y regional: − Provee adecuado confinamiento a los pilares de mineral y cajas.
− Limita la convergencia y subsidencia producida por los vacíos de la explotación.
PROPIEDADES DEL RELLENO EN PASTA (PF)
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Velocidad en su distribución.
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Relleno uniforme.
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Relleno bastante compacto.
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No hay problema con el manejo de agua.
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Propiedades de ingeniería que pueden manejarse con la pasta: − Es posible el vertido continuo. − Se puede lograr un excelente soporte.
− Se puede planear estrategias innovativas.
COMPONENTES DEL RELLENO EN PASTA (PF)
El Relleno en Pasta tiene como componentes: •
Sólidos: Roca detrítica. Sólidos del relave. Arenas, etc. Líquido: Agua.
– – –
•
–
•
Aglutinante: Cemento. Escoria. Cenizas, etc.
– – –
COMPONENTES DEL RELLENO EN PASTA (PF)
•
Es una mezcla de material fino, aglutinante y agua que puede alcanzar de 72 a 88% de sólidos en peso.
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El material fino debe estar contenido entre 15 y 40% (mínimo 15%) con tamaños < 20 micras (malla 625) con el fin que sea bombeable.
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Este relleno tiene una baja permeabilidad y requiere poca cantidad de agua.
PRESENCIA DE MATERIAL FINO EN EL RELLENO EN PASTA (PF)
ESQUEMA DE DISPOSICIÓN DE RELAVES
EJEMPLO: DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA DEL RELAVE
ARENA: PROPIEDADES FÍSICAS Y COMPOSICIÓN
ESCORIA: COMPOSICIÓN QUÍMICA Y GRANULOMETRÍA
CEMENTO PORTLAND: COMPOSICIÓN QUÍMICA Y GRANULOMETRÍA
DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA DE HF Y PF
CARACTERÍSTICAS DEL RELLENO EN PASTA (PF)
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Distribución del tamaño de partículas: − Mínimo 15% de sólidos menores a 20 micras. − No hay restricción de tamaños superiores.
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Propiedades reológicas − Límite elástico para disposición en superficie ˂ 100 Pa. − Límite elástico para Relleno en Pasta de 100 a 700 Pa. − Flujo no Newtoniano. − Tiene resistencia elástica (asentamiento medible).
− El flujo no tiene velocidad crítica.
CARACTERÍSTICAS DEL RELLENO EN PASTA (PF)
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Propiedades de la resistencia: − Rigidez de E = 150 a 450 MPa.
− Resistencia a diseñar de 100 kPa a 5 MPa. − Valores típicos de resistencia a la compresión:
De 300 a 1,000 kPa, para exposición vertical. > 1,000 kPa, para exposición tipo “sill pillar” . •
No exuda, retiene el agua y parte de esta agua hidrata el componente aglomerante.
ETAPAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE UNA PLANTA DE RELLENO
ESQUEMA DE DISEÑO DEL SISTEMA DE RELLENO EN PASTA (PF)
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El esquema mostrado nos permite determinar: –
La fuente de material de relleno.
–
Los requisitos de transporte y su colocación en el tajeo.
–
Los requisitos que debe cumplir la calidad del relleno.
–
La evaluación económica correspondiente, etc.
CONSIDERACIONES OPERACIONES DEL RELLENO EN PASTA (PF)
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Caracterización de las propiedades de los materiales que conformarán el relleno para determinar el material adecuado y su disponibilidad.
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Evaluación de la ubicación de la planta y decisión de ubicarla en superficie o en interior de la mina.
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La ventaja de ubicar la planta en interior de la mina, es la de colocar el elemento aglutinante poco antes de rellenar el tajeo; así, se evitan tener tuberías tapadas.
•
Se utilizan bombas de desplazamiento positivo para el transporte del relleno.
DISEÑO DEL RELLENO EN PASTA (PF)
La ingeniería del relleno en pasta analiza los siguientes criterios: •
Propiedades de flujo: Entregar el relleno desde la planta al tajeo, a través de tuberías o taladros con la densidad de pulpa más alta posible.
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Propiedades de resistencia: El relleno debe permanecer estable a condiciones de carga estática y dinámica, dadas las condiciones de operación minera. − Influye en el corto plazo, la operación minera (secuencia de minado, voladura, estrategia de
explotación, etc.).
DISEÑO REOLÓGICO
•
El Relleno en Pasta es un fluido no Newtoniano y para que fluya, necesitará ejercer presión sobre él.
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El límite elástico es la medida requerida para que la pasta empiece a fluir.
ASENTAMIENTO DEL RELLENO EN PASTA (PF)
PRUEBAS DE ASENTAMIENTO DE UN RELLENO EN PASTA
ÁNGULOS DE REPOSO POR TIPO DE CONSISTENCIA Consistencia
Ángulo de Reposo
Lodos
1° a 2° (Alto contenido de agua)
Lodo de Alta Densidad
2° a 3° (Pequeña cantidad de sólidos)
Pasta de Alto Asentamiento
3° a 6° (Pequeña cantidad de sólidos)
Pasta de Bajo Asentamiento
6° a 10° (Pequeña cantidad de sólidos)
ASENTAMIENTO VS. CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN PESO
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE UN RELLENO EN PASTA
El diseño del esfuerzo de compresión para mantener la estabilidad del relleno en el tajeo, considerando un factor de seguridad F, puede ser evaluado usando la relación siguiente:
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE UN RELLENO EN PASTA
En el largo plazo la resistencia a la compresión del relleno se debe a los agentes aglomerantes de manera que φ = 0 y la cohesión la mitad de UCS (c = UCS/2); luego:
Asumiendo que h.>>.w/2 y que F.=.√2. La resistencia a la compresión del relleno estará dado por:
RESISTENCIA DEL RELLENO EN PASTA
•
El Relleno en Pasta debe cumplir con características de resistencia para que cumpla su función; por ello, se deben realizar los ensayos necesarios.
•
La figura muestra que si se tiene un relave con una resistencia de 0.5 MPa con 9% de cemento y 28 días de curado, esta resistencia se ve incrementada si se coloca arena aluvial 50/50 y aún más 75/25.
RESISTENCIA DEL RELLENO EN PASTA
•
La figura muestra que el relleno que está conformado por 100% relave tiene una menor
rigidez
y
ésta
aumenta
considerando la adición de arena de 50% a 75%. •
Se debe considerar un equilibrio entre el porcentaje del relave y otros elementos, para optimizar la calidad de relleno de acuerdo a los requerimientos.
EQUIPOS DE DESAGUADO Y FILTROS
PASTE PRODUCTION AND STORAGE MECHANISM (PPSM)
•
EL PPSM es una tecnología cuyo funcionamiento consiste en inyectar la pulpa (agua y sólidos) a un tanque profundo que se encuentra equipado con un rastrillo y especialmente diseñado con un mecanismo helicoidal con barras que generan turbulencia en su interior.
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A esta pulpa se le agrega un floculante y luego, casi de inmediato se almacena.
•
Este proceso es constante y se obtiene como producto una pasta consistente y fluida que se mantiene almacenada hasta 2 semanas.
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El tiempo total del ciclo de un lote es de 2 a 3 minutos y permite tratar hasta 100 t/hora.
PASTE PRODUCTION AND STORAGE MECHANISM (PPSM)
•
La figura muestra las trayectorias de flujo de la pulpa y en el fondo se concentran las partículas por la circulación inductiva, permitiendo el control de la consolidación y un área de almacenamiento activo.
•
A
diferencia
de
los
tanques
de
sedimentación
convencionales, los patrones de circulación de la PPSM permiten aumentar la fuerza de suspensión y evita la formación de espacios vacíos cuando se descarga la pasta.
FLUIDIZACIÓN
•
La fluidización ofrece una alternativa a la filtración y a la PPSM en la preparación de relaves deshidratados para su uso como material de Relleno de Alta Densidad, Relleno en Pasta, o para el almacenamiento de fase densa de los relaves de superficie.
•
El equipo básico se compone de uno o más tanques o silos con dispositivos de deshidratación y toberas de fluidización.
•
Luego se añaden los relaves por la parte superior del silo directamente.
•
A los relaves se les permite asentarse y densificarse con agua que se elimina a través de este período.
FLUIDIZACIÓN
•
Este proceso requiere de 3 a 6 horas después que el silo ha sido llenado, dependiendo de la granulometría de los sólidos en el relave y la gravedad específica de éstos.
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Los relaves deshidratados son fluidizados durante un período de tiempo entre 30 a 90 minutos, luego se añade agua si es necesario y el resultado que se obtiene en el tanque es un relave con la densidad requerida.
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Luego el material se descarga a la mezcladora con el aglutinante y para así enviarlo a la mina.
VENTAJAS DE LA FLUIDIZACIÓN
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Equipo simple con bajos costos de capital.
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Bajos costos de operación debido a la baja energía requerida y normalmente el tipo de floculante no necesita ningún requerimiento en especial.
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No hay partes móviles en el proceso de deshidratación, por ello, los costos de mantenimiento son bajos.
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El proceso es fácil de controlar, y no requiere una vigilancia constante del operador.
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La calidad del Relleno en Pasta (densidad, distribución granulométrica, etc.) es constante a través de todo el proceso de elaboración.
VENTAJAS DE LA FLUIDIZACIÓN
•
Si una planta hidráulica existente utiliza un tanque o silo, esto normalmente puede ser equipado para la conversión a ser utilizada por el proceso de fluidización.
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El proceso es expandible, por la adición de uno o más silos.
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El proceso es muy adecuado para una planta portátil.
EQUIPO PARA ESPESADO POR TIPO DE CONSISTENCIA Consistencia
Equipo para Desaguado
Lodos
Espesador Convencional
Lodo de Alta Densidad
Alta Velocidad de Espesado
Pasta de Alto Asentamiento
Espesado de Lecho Profundo
Pasta de Bajo Asentamiento
Filtro de Disco
PREPARACIÓN DEL RELLENO EN PASTA
Densidad del lodo (% de Sólidos)
Volumen de agua (m3/ton)
20
4.0
Mineral en tratamiento
30
2.3
Saliendo de planta
50
1.0
Lodo espesado
75
0.3
De espesado a pasta
Observaciones
BOMBAS PARA EL RELLENO EN PASTA
•
Si la cabeza de gravedad aportada por una caída vertical del Relleno en Pasta desde la superficie es insuficiente, entonces para poder superar la resistencia de alta presión dentro de la tubería, es necesario el uso de bombas de desplazamiento positivo; así, se agrega energía adicional para el sistema de distribución de relleno.
•
Putzmeister ha desarrollado bombas de hormigón con éxito y ahora suministra bombas para el transporte de Relleno de Alta Densidad en Alemania, EE.UU., Sudáfrica y Canadá.
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GEHO es una marca que proporciona bombas algunas de las cuales transportan materiales abrasivos de alta viscosidad a presiones de hasta 165 bar.
BOMBAS PARA EL RELLENO EN PASTA
•
Las bombas de desplazamiento positivo son más costosas que las bombas centrífugas convencional.
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Al igual que con todas las bombas, el costo de mantenimiento es un factor muy importante en la elección de una unidad y estos costos deben ser considerados dentro de la selección de la bomba adecuada.
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El material de la bomba dependerá de la corrosividad y la abrasividad del Relleno en Pasta que se bombeará.
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Una razón simple para la selección de la bomba debe incluir la evaluación de varios factores.
FACTORES DE SELECCIÓN DE BOMBAS PARA RELLENOS EN PASTA
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
•
Guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre el elemento impulsor (émbolo, diente de engranaje, aspa, tornillo, etc.) y la carcasa o el cilindro.
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El movimiento del desplazamiento positivo consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.
•
El espacio que ocupa el relleno se llena y vacía alternativamente forzando y extrayendo el relleno mediante movimiento mecánico.
EQUIPO DE BOMBEO POR TIPO DE CONSISTENCIA DE RELLENO Consistencia
Sistema de Bombeo
Lodos
Bombas Centrífugas (Tubería de baja presión)
Lodo de Alta Densidad
Bombas Centrífugas de Pistón/Diafragma (Tubería de alta presión)
Pasta de Alto Asentamiento
Bombas de Pistón y Diafragma (Tubería de alta presión)
Pasta de Bajo Asentamiento
Bombas de Pistón Dual, de Desplazamiento Positivo
CONFIGURACIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE PLANTA DE RELLENO EN PASTA
FALLAS MÁS COMUNES EN EL SISTEMA DE RELLENO
ESQUEMA DE FALLAS COMUNES EN UN SISTEMA DE RELLENO
FALLAS COMUNES EN EL SISTEMA DE RELLENO
PRESIONES EN TUBERÍAS PARA DIFERENTES ASENTAMIENTOS
FRICCIONES TÍPICAS EN TUBERÍAS CON RELLENO EN PASTA
FRICCIONES TÍPICAS EN TUBERÍAS CON RELLENO EN PASTA
PLANTAS DE MEZCLADO CONTINUO Y POR TANDAS
MINAS EN EL MUNDO – RELLENO EN PASTA (PF)
PROPIEDADESS ESTRUCTURALES POR TIPO DE RELLENO PROPIEDADE
PREPARACIÓN DE BARRERAS Y TAPONES
•
La construcción de es mucho menos compleja que para el Relleno Hidráulico.
•
La barrera es un poco más compleja que para el Relleno con Roca. este
•
Las barreras carecen del sistema de drenaje de agua de transporte.
PREPARACIÓN DE BARRERAS Y TAPONES
•
Una pila de roca estéril, que puede ser “shotcreteada” suele
ser suficiente para la
retención del Relleno en Pasta.
PREPARACIÓN DE BARRICADAS Y TAPONES
Un tapón o barricada para la contención del Relleno en Pasta puede ser construido: •
Usando una estructura compuesta por una malla de fierro corrugado fijado a pernos de anclaje en el techo, paredes y piso; un geotextil entre la malla y el relleno y un adecuado espesor de concreto lanzado.
PREPARACIÓN DE BARRICADAS Y TAPONES
Otros: •
Barricadas de concreto.
•
Barricadas de madera.
•
Barricadas conformadas por mallas de cable.
RELLENO DE TAJEOS
•
Inicialmente, el tajeo debe ser humedecido durante un corto período de tiempo y luego debe dispararse aire comprimido durante unos pocos minutos.
•
Paso siguiente, se deja fluir una porción de Relleno en Pasta sin cemento (con bajo asentamiento) y luego de llenar todo el conducto, se suelta el Relleno en Pasta (cementado) con las especificaciones técnicas de diseño.
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Deben realizarse mediciones de asentamiento cada un lapso corto para tener un buen monitoreo del relleno y cuidar su calidad.
RELLENO DE TAJEOS
•
En caso que ocurra fuga de relleno en algún tramo de tubería, el proceso de relleno debe ser detenido y debe soltarse agua a una determinada velocidad (técnicamente 30 m3/h) por varios minutos para que limpie las tuberías durante varios minutos.
•
La cabeza de agua suministrada debe proporcionar energía suficiente para empujar cualquier Relleno de Pasta dentro del sistema de distribución hacia el tajeo.
•
También debe soltarse aire comprimido como proceso de lavado de la tubería y si es necesario, se debe desmontar parte de la tubería para desatorarla.
RELLENO DE TAJEOS
•
La figura muestra el relleno de un tajeo donde primero se vierte un relleno con alto contenido de cemento (15 cm de slump) para sellar la barricada. El resto del tajeo se completa con relleno con las especificaciones técnicas de diseño.
•
Luego se coloca un relleno con mayor factor de asentamiento para mejorar la superficie y hacerla más plana. Se puede añadir roca granulada para que haya mayor tracción en la superficie.
INSTRUMENTACIÓN SOBRE EL RELLENO
INSTRUMENTACIÓN SOBRE EL RELLENO Y TAPONES
CONFIGURACIÓN DE MONITOREO DE PRESIÓN
OPTIMIZACIÓN DEL RELLENO EN PASTA
•
Instrumentación.
•
Evaluación del efecto de la variación de mezclas en el relleno.
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Redistribución de los esfuerzos en las barricadas:
•
–
Simplificación del diseño.
–
Reducción del tiempo de preparación.
Simplificación de los procedimientos: –
Facilidad en las pruebas de campo.
–
Protocolos QA/QC integrados a tiempo real.
MUESTREO DEL RELLENO DURANTE O POST RELLENO
MUESTREO DEL RELLENO DURANTE O POST RELLENO
EQUIPAMIENTO E INSTRUMENTACIÓN
PLANTA DE RELLENO EN PASTA – MINA GOLDEN GIANT
PLANTA DE RELLENO EN PASTA – MINA MACASSA
CAPEX Y DE OPEX PARA UN SISTEMA DE RELLENO EN PASTA
COSTOS DE DESECHOS DE RELAVE PARA UN RELLENO EN PASTA
COSTOS ESTIMADOS Y NPV POR TIPO DE RELLENO
COSTOS EN LOS RELLENOS CONSIDERANDO RELAVES
VENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA (PF)
•
Un ciclo de minado más corto por la superior resistencia a la compresión uniaxial.
•
Menor consumo de aglutinante en comparación al empleado por un relleno hidráulico.
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Mayor uso de relaves, lo que reduce el impacto ambiental en superficie; además, generalmente se pueden usar todo tipo de residuos de mina.
VENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA (PF)
•
Operación más limpia porque las partículas finas no drenan del tajeo.
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Reducción potencial de la dilución del relleno del mineral adyacente, debido a que ofrece mayores resistencias con contenidos similares de cemento, en relación al relleno hidráulico.
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Altamente consistente. Responde mejor a la demanda de diseño.
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Versátil. Se adecua a más métodos de minado.
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Económico. Menor costo de disposición.
VENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA (PF)
•
Ambientalmente amigable. Requiere menor área para su disposición.
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Mayor recuperación de mineral. Permite la extracción de pilares.
•
Seguro. Permite un efectiva estabilización local y regional.
•
Productividad. Mayor velocidad de relleno y menor ciclo en el proceso de explotación.
•
Se alcanza mayor resistencia. Como relleno cementado, no se segrega.
DESVENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA (PF)
•
Necesidad de contar con instalaciones de deshidratación.
•
La tecnología de bombeo es costosa en comparación a otro tipo de relleno cementado (por ejemplo: relleno hidráulico cementado).
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Necesidad de tener una mayor precisión técnica durante su fabricación; es decir, la receta de elaboración debe ser exacta.
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Es un proceso que requiere que sus materiales o insumos tengan un alto grado de preparación; así también, el diseño, control de procesos y la comprobación de la calidad del relleno.
DESVENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA (PF)
•
Las presiones laterales en las tuberías son mayores a cuando se realiza el bombeo y en comparación a otro relleno bombeable.
•
Comprensión incompleta de muchos aspectos técnicos en la elaboración de Relleno en Pasta y su aplicación debido a su relativa corta historia de aplicación.
