Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería en Minas Tópicos Avanzados: Minería Subterránea
Metodo de Explotacion
Sublevel Stoping
Alumnos: Profesor: Ayudante: Fecha de Entrega:
Juan Fuenzalida y Elizabett López Edgar Adam Mauricio Cordero 4 de abril de 2011
Resumen Se describirá el método de explotación Sublevel Stoping, indicándose a través de la introducción; ¿por qué es preferido este método en pequeña y mediana minería y bajo qué parámetros se realiza? Se indicará los tipos de cuerpos mineralizados a los que se les puede aplicar este tipo de método de explotación, desde vetas angostas hasta grandes cuerpos masivos. Además se indicarán las características de resistencia del cuerpo mineralizado y de la roca de caja. Una vez elegido el cuerpo mineralizado, se informará las obras de preparación necesarias para la construcción de un Sublevel Stoping, indicándose los niveles necesarios, las galerías, rampas y chimeneas pertinentes, junto con el cese de otras obras que indicarán el fin de la preparación y el inicio de la explotación. Para llevar a cabo la explotación, se separará en dos partes, las cuales son perforación y tronadura. La primera parte mostrará los factores que influyen en la perforación y cómo es realizada para dos variantes de Sublevel Stoping (método tradicional y long blast hole). En la segunda parte correspondiente a tronadura, se indicarán los factores influyentes, los elementos necesarios y el diseño de los tiros cargados, tanto para la variante “tradicional” como para el “long blast hole”. Se indicarán las posibilidades de manejo de material desde las zanjas o embudos, según el caso, hasta el acarreo hacia la salida de la mina o el enviado a la zona de chancado. En resumen, se analizarán cuatro formas de manejo de material; buzones de tipo Malmberget, combinación de parrillas y buzones, palas cargadoras o Scraper y LHD. Se indicará en forma resumida la ventilación y fortificación necesaria para este tipo de método de explotación. Finalmente, en la conclusión y recomendación, de dirán las características propias de un Sublevel Stoping, indicándose las ventajas y desventajas de su uso.
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Índice
Ítem
Página
1 Introducción…………………………………………………………………………….....
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2 Objetivos…………………………………………………………………………………..
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3 Alcance…………………………………………………………………………………….
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4 Tipo de Cuerpo Mineralizado……………………………………………………………
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5 Preparación……………………………………………………………………………….
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6 Explotación………………………………………………………………………………...
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a Perforación………………………………………………………………………………...
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b Tronadura……………………………………………………………………………….....
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7 Manejo de Mineral………………………………………………………………………..
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8 Ventilación…………………………………………………………………………………
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9 Fortificación………………………………………………………………………………..
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10 Conclusiones y Recomendaciones……………………………………………………..
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11 Bibliografía…………………………………………………………………………………
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1. Introducción El sublevel stoping es un método de gran aplicación en la mediana y pequeña minería, por su alto rendimiento debido a la aplicación de equipos montados sobre ruedas, en el cual se extrae el mineral por tajadas verticales dejando el caserón vacío, por lo general de grandes dimensiones, particularmente en forma vertical. El mineral arrancado se recolecta en zanjas emplazadas en la base del caserón, desde donde se extrae según diferentes modalidades. La expresión “sublevel” hace referencia a las galerías o subniveles a partir de los cuales se realiza la operación de arranque del mineral. Este método se aplica preferentemente en yacimientos de forma tabular verticales o subverticales de gran espesor, por lo general superior a 10 m. Es deseable que los bordes o contactos del cuerpo mineralizados sean regulares. También es posible aplicarlo en yacimientos masivos o mantos de gran potencia, subdividiendo el macizo mineralizado en caserones separados por pilares, que posteriormente se pueden recuperar. Tanto la roca mineralizada como la roca circundante deben presentar buenas condiciones de estabilidad, esto quiere decir que deben ser suficientemente competentes o autosoportante. 2. Objetivos
Describir el método de explotación Sublevel Stoping.
Ser capaz de identificar cuando es recomendable usar este método de explotación y bajo qué condiciones se aplica.
3. Alcance El nivel de descripción de este informe no es detallado, debido a que el objetivo es la explicación y descripción del método de explotación sin necesidad de especificar demasiadas variantes. Es por esto que sólo se explicarán dos variables de este método, las cuales son; método tradicional y LBH (long blast hole). Las mediciones presentes en este informe son aproximaciones que están dentro del rango de lo posible para el método de explotación seleccionado, tomándose como fuente material de la asignatura “métodos de explotación” impartida en la Universidad de Santiago de Chile y documentación de Mina el soldado, Sublevel Stoping.
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4. Tipo de Cuerpo Mineralizado Son cuerpos regulares tabulares o masivos, donde las vetas deben poseer un buzamiento mayor que el ángulo de reposo del material, con el objetivo de que el mineral descienda por gravedad. Son masas mineralizadas resistentes y competentes, con muros y techos autosoportantes, parejos y bien definidos, evitando así problemas de fracturamiento y de dilución sin inclusiones de estéril. En resumen el campo de aplicación es:
Vetas estrechas: Desde vetas con pendientes fuertes y espesores de hasta 1,0m a vetas con pendiente de por lo menos 50º de manera que el mineral competente escurra sólo por efecto de la gravedad, sobre las cajas yacentes que deben tener una roca también competente, en ambas cajas y una mineralización regular en sus contornos.
Vetas ponientes o mantos: cuya pendiente deseable sea mayor a 60º con respecto a la horizontal. En este caso además se requiere que las características mecánicas del mineral como de la roca adyacente sean de buena calidad, para reducir la dilución y también por razones de seguridad.
Cuerpos masivos: Se requiere también buenas características del mineral y de la roca comprometida.
5. Preparación Primero se debe generar un nivel base o nivel de producción, el cual consiste en una galería de transporte y estocadas de carguío que permiten habilitar los puntos de extracción. Además habrán embudos o zanjas recolectoras de mineral. Cuando se trata de una zanja continua a lo largo de la base del caserón se requiere el desarrollo previo de una galería de producción a partir de la cual se excava la zanja. Las galerías de transporte se ubican cada 45 a 120 m entre sí. Son necesarias galerías o subniveles de perforación, dispuestos en altura según diversas configuraciones conforme a la geometría del cuerpo mineralizado, generalmente los subniveles se encuentran entre 10 y 55 m de altura. Para poder llegar a estos subniveles es necesario la ejecución de chimeneas o rampas de acceso, emplazadas en el límite posterior del caserón. Para las primeras tronaduras de producción se usa una chimenea a partir de la cual se excava el corte inicial o cámara de compensación (slot), para la generación de una cara libre. Para cuerpos masivos, grandes mantos o vetas de gran espesor se pueden crear varios caserones separados por zonas estériles o pilares mineralizados que podrían ser recuperados con posterioridad utilizando el mismo método.
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Figura 1: Partes del desarrollo de una mina Sublevel Stoping.
Las dimensiones de las galerías dependerán de los equipos que circulen en ellas, siendo como mínimo galerías de 3x3 m2 de corte transversal. Además un caserón tendrá medidas del orden de 40 a 80 m de alto, 2 a 30 m de ancho y 60 a 150 m de largo. La confección de las galerías puede ser en forma simultánea y preferentemente dentro de la zona mineralizada, para usar el mineral en la preproducción. La preparación termina una vez tronada la primera tajada del caserón, esto quiere decir la perforación y tronadura de un undercut, slot y las secciones de la primera tajada. 6. Explotación a. Perforación Los factores que influyen en la perforación utilizada en este tipo de método de explotación son:
Dureza Tamaño requerido para traspaso Diámetro de tiros Largo de tiros Orientación Espaciamiento
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En la versión convencional se perforan tiros radiales (abanicos) a partir de los subniveles dispuestos para esos fines. Se trata de tiros largos (hasta unos 30 m) de 2 a 3 pulgadas de diámetro, perforados de preferencia con jumbos radiales electrohidráulicos y barras de extensión. Las longitudes de los barrenos varían en función del esquema de perforación que se aplique, pero normalmente no pasan de los 25 metros. Ocasionalmente se perforan barrenos más largos pero surgen ciertas dificultades debido a las desviaciones en la alineación. La perforación por subnivel puede realizarse con anterioridad a la extracción del mineral, de esta forma pueden perforarse grandes secciones de mineral, volarse cuando mejor convenga y todo ello en base a que este tipo de perforación independiente, con muchos barrenos largos desde cada galería, permite la utilización de perforación mecanizada.
Figura 2: Sublevel Stoping método convencional.
En la versión LBH (long blast hole) se perforan tiros de gran diámetro (4 ½ a 6 ½ pulgadas), en lo posible paralelos y de hasta unos 80 m de longitud. Para este tipo de perforación, se usa una distancia entre subniveles de 45 a 55 m y un espaciamiento y barden del orden de 6x6 m, utilizándose equipos DTH. Las perforaciones son realizadas a través de galerías paralelas entre sí en el subnivel, donde serán mostradas en la Figura 3 junto con la malla de perforación. Con respecto a los equipos DTH; los grandes diámetros utilizados permiten agregar una línea de menor resistencia y ampliar el espaciamiento entre perforaciones, lo que permite una reducción en el número de barrenos y un mineral mucho más fragmentado. Como consecuencia las cargas de explosivos que se introducen dentro de estos barrenos serán más fuertes que el método tradicional. Pero la desviación será mínima y se podrá aumentar la distancia entre subniveles.
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Figura 3: Vista en planta de malla de perforación en subnivel de un Sublevel Stoping variante LBH.
Figura 4: Sublevel Stoping variante LBH.
El desarrollo de varillaje extensible, perforadoras especiales y más recientemente la técnica de perforación de barrenos largos, han hecho de la perforación por subnivel uno de los métodos más utilizados. La fase de desarrollo extensa y complicada, de antemano puede considerarse como un inconveniente, pero el gran rendimiento de la producción de mineral prevalece frente a cualquier otro tipo de consideraciones. 7
Las operaciones de perforación, voladura y carga pueden realizarse con total independencia unas de otras. Por otra parte, son pocos los posibles equipos que aquí pueden utilizarse, debido al elevado rendimiento de los mismos y en consecuencia pocos serán también los operarios que se precisen en manipulación. b. Tronadura Los factores que influyen en la tronadura utilizada en este tipo de método de explotación son:
Fragmentación requerida Diámetro de perforación Espaciamiento y burden Condición de tiros Agua Tamaño permitido de la tronadura (vibraciones) Dureza del mineral
La tronadura radial usada en el método tradicional de Sublevel Stoping utiliza; ANFO (Iremitas en presencia de agua), APD 150, cordón detonante, detonadores no eléctricos y/o detonadores eléctricos de retardo.
Figura 5: Tronadura radial del método tradicional de Sublevel Stoping.
En la Figura 5 se muestran tiros radiales indicándose largo y grado de inclinación, para la generación de un undercut efectuado desde la galería de producción. En las perforaciones efectuadas con DTH para el método de explotación Sublevel Stoping variante LBH se utiliza; ANFO (Blastex en presencia de agua), APD cilindro 300, cordón detonante, detonadores no eléctricos y/o detonadores eléctricos de retardo.
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Figura 6: Tronadura del método Sublevel Stoping variante LBH.
Tanto en la Figura 5 como en la Figura 6, las longitudes de carga varían de acuerdo a las longitudes de los tiros.
7. Manejo de Mineral El mineral arrancado cae por gravedad y es recolectado por embudos o por zanjas, abarcando toda la base del caserón. En el caso de tener zanjas, ésta progresa en el mismo sentido y a la velocidad que la explotación continua. Por el contrario, si se trata de embudos, estos deben prepararse con anticipación y sus dimensiones van a depender del ancho del caserón. Existen varias posibilidades para cargar el mineral a partir de la base de los embudos o zanjas:
Buzones de tipo Malmberget: Consiste en colocar buzones que cargan el mineral directamente a carros de ferrocarril. Por ejemplo se necesitan eso sí buzones especiales que permitan "cachorrear" los bolones dentro de ellos y cuyo precio influyen de manera importante en el costo del método de explotación.
Combinación de parrillas y buzones: En este caso el mineral pasa por un nivel de parrillas antes de ser cargados por los buzones. La separación entre los elemento 9
de las parrillas van a depender de las dimensiones de la boca del buzón y del tamaño de los carros (en especial de la abertura de la compuerta). El rendimiento de una parrilla esta en relación directa con su abertura. Es evidente que la colocación de parrillas significa agregar un punto de atochamiento adicional en el camino que sigue el mineral. Sin embargo, se gana en rapidez de carguío en el nivel de transporte. Este sistema pierde gran parte de su ventaja si hay muchos buzones en producción al mismo tiempo.
Palas cargadoras o Scraper: La caída del mineral es a través de una zanja cargando el mineral con palas mecánicas o scrapers. La pala necesita más trabajos preparatorios que la combinación de parrillas y buzones (estocadas más largas), pero permite tener aberturas más grandes y además proporciona una mayor flexibilidad en el trabajo, puesto que puede ir separando los bolones para ser "cachorreados" con posterioridad.
LHD: Éste carga el material a través de los cruzados de extracción y traslada el mineral a los piques de traspaso, siendo posteriormente el mineral evacuado por camiones.
8. Ventilación La utilización generalizada hoy en día de equipos cargadores diesel (LHD) para el manejo del mineral, exige disponer de una adecuada ventilación del Nivel de Producción. Para tal propósito, se utilizan las galerías de acceso o de cabecera ubicadas en los límites del caserón: el aire es inyectado por una de estas galerías y luego de recorrer el nivel es extraído por la otra. Los subniveles de perforación se ventilan desviando parte del flujo de aire hacia las chimeneas o rampas de acceso a dichos subniveles.
9. Fortificación Como fuera señalado anteriormente, la aplicación de este método exige buenas condiciones de estabilidad tanto de la roca mineralizada como de la roca circundante. No requiere, por lo tanto, de la utilización intensiva o sistemática de elementos de refuerzo. Las galerías de producción en la base de los caserones se fortifican por lo general, mediante pernos cementados o pernos y malla de acero (incluso shotcrete), atendiendo a las condiciones locales de la roca. En los subniveles de perforación se puede utilizar localmente elementos de refuerzo provisorios cuando las condiciones de la roca así lo requieran.
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10. Conclusiones y Recomendaciones El método de explotación es aplicable en pequeña y mediana minería, con una tasa de producción moderada a alta (25.000 tpd), con un costo de explotación relativamente bajo (10 a 25 USD/t) y una alta productividad (120 t/hombre-turno). Las características de producción, costos de explotación y productividad son gracias principalmente a la mecanización de los equipos permitida en este tipo de método de explotación, utilizándose equipos de perforación modernos tales como; jumbos radiales electrohidráulicos y equipos DTH, además de la inclusión del LHD y el camión de bajo perfil en el manejo de mineral. La recomendación ante esta situación es el uso de nuevas tecnologías, tales como LHD control remoto en la extracción de zonas peligrosas.
Uno de los aspectos negativos de este método de explotación es la inversión necesaria en la preparación, ya que representa un 30 a 40% de los costos totales. La recomendación para apalear en parte este problema es realizar la preparación en la zona mineralizada para que ésta sea considerada como preproducción. La dilución depende de las cajas irregulares y la intrusión de estéril, es por esto que se necesitan cuerpos tabulares bien definidos geométricamente, teniéndose diluciones bajas (10 a 15%). Por otro lado, las recuperaciones son altas (sobre un 90%), debido a que se pueden recuperar los pilares. Se recomienda ante esta situación, evaluar técnica y económicamente la recuperación de pilares, ya que se deberán rellenar los caserones con material estéril, lo que incurrirá en nuevos gastos en el transporte del material hacia el relleno del caserón. Los ciclos de trabajo pueden ser altos, debido a que la perforación, tronadura y manejo de material son independientes entre sí, permitiendo adelantar la perforación ante la tronadura. La ventilación es fácil de hacer, necesitándose ventilación forzada solamente cuando se generan galerías ciegas (en el caso de las galerías de perforación en los subniveles). Solamente se producen problemas en la tronadura secundaria que puede generar gases que vuelven al caserón, es por esto que se recomienda un buen trabajo en la fragmentación del mineral, con el objetivo de evitar desde un principio bolones.
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11. Bibliografía Apuntes “Métodos de Explotación”, Universidad de Santiago de Chile. Por Sr. Bernardo Reyes. Apuntes “Métodos de Explotación”, Universidad de Santiago de Chile. Por Sr. Eduardo Contreras. Apuntes Mina El Soldado, Sublevel Stoping.
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