Block Caving 3ps67

BLOCK CAVING

CAVING

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Roca primaria.

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Traspaso mecanizado

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Construcción de zanjas o bateas. Mallas de extracción mas grandes que BC.

Introducción • El BC y PC corresponden a métodos de explotación por hundimiento gravitacional masivo. • Son métodos de bajo costo y alta productividad, lo que los hace económicamente atractivos. • Permiten un alto grado de mecanización con tecnologías probadas. Mediante tecnología innovadora permiten automatización (equipos LHD, trenes, camiones, correas transportadoras). • Muchos proyectos nuevos están hoy siendo diseñados con BC/PC. • Muchas minas de rajo abierto migrarán a faenas subterráneas con BC/PC.

Conceptos fundamentales • El método de BC/PC se basa en hacer un corte basal horizontal al macizo rocoso (socavación).

• Aprovecha la energía gravitacional para propagar el hundimiento en altura. • Realiza la extracción desde la infraestructura existente bajo el área socavada. • Cuenta con un sistema de manejo de materiales para transportar el mineral hasta exterior mina.

Método BC/PC: Propagación del hundimiento en altura

Subsidencia: es el quiebre del macizo rocoso en altura por efecto de la socavación y posterior extracción de mineral, lo cual produce una cavidad de mineral fracturado, cuya manifestación inicial en la superficie topográfica es la depresión del terreno y posteriormente la generación de una gran cavidad, llamada “Cráter de Subsidencia”.

Definiciones Block Caving (BC): un método de explotación de hundimiento gravitacional masivo, en el cual el bloque mineralizado se prepara (desarrollo y construcción), socava y, posteriormente, se extraen las reservas mineras. Dependiendo del tamaño del yacimiento, dicho bloque puede representar el plan minero completo de la mina. Frente de explotación “estático”.

Caving (PC): una forma de explotación masiva por hundimiento gravitacional, en la cual el yacimiento se prepara, socava y extrae progresivamente en “tajadas” (es paralelos). Frente de explotación “dinámico”.

Generalidades • Método de Explotación subterráneo • Producción: 140.000 ton/ día. • Aplicación: Roca no muy resistente a la tracción. • Gran control en el flujo gravitacional • Método de explotación para bloques Masivos • Alto grado de Mecanización. • Nuevos proyectos iniciados con Block/ Caving • Minas a rajo abierto pasa a Block Caving • Bajo costo y alta productividad

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Aprovecha la energía Gravitacional. Alta seguridad Poca selectividad Poca flexibilidad Estallidos de Roca Subsidencia El bloque puede o no ser rectangular • El mineral debe ser homogéneo y diseminado • La superficie tiene que tener las condiciones adecuadas para soportar la subsidencia del área • Costo mina 3-5 US$/Ton

Conceptualización del BC/PC • Hundibilidad (asegurar la propagación del hundimiento en altura) • Fragmentación Propagación del hundimiento

• Subsidencia • Sismicidad (roca dura) • Colgaduras • Métodos de inducción • Asegurar la socavación basal

socavación

• Estabilidad del nivel • Flujo gravitacional

Extracción del mineral

• Diseños ad-hoc para la granulometría mineral • Estabilidad del nivel

• Manejo de materiales

Hundibilidad • El problema es usualmente definir el área mínima de hundimiento, es decir, predecir la geometría del hundimiento representada como radio hidráulico, que se requiere para iniciar el proceso de caving del macizo rocoso dado un conjunto estimado de propiedades geotécnicas. • Depende de: – Orientación de las estructuras, espaciamiento y persistencia. – Estructuras mayores (ejemplo: fallas, diques) – Esfuerzos in-situ y los esfuerzos inducidos por la excavación. – Resistencia de discontinuidades y macizo rocoso. – Geometría del hundimiento. – Des confinamiento, slot, o acondicionamiento del macizo rocoso.

Hundibilidad • Se utilizan los mismos parámetros que para el análisis de Caserones

Variante de BC y PC La única variante de Block Caving es el Caving, este método se crea por la necesidad de manejar una fragmentación de mayor tamaño y de mayor dureza, puesto que, Block Caving se adapta a materiales de fragmentación fina a media y de menor dureza. Variantes de Caving: • Caving convencional. • Caving con hundimiento previo. • Caving con hundimiento avanzado.

Caving y Variantes de Explotación Razones del cambio desde BC a PC • El BC se adapta a minerales de fragmentación fina a media (scrapers) y de menor dureza. • El PC nació por la necesidad de manejar una fragmentación de mayor tamaño y una roca de mayor dureza.  Esto significó incorporar la mecanización en las operaciones unitarias con la introducción de equipos LHD, martillos picadores, niveles de acarreo (trenes, camiones o correas).

 Se aumentó el tamaño de las excavaciones y de la malla de extracción (distancia entre calles y zanjas de producción).

Variantes de Explotación en PC

Zanja adelantada

Retraso de calle de Producción

Caving convencional Se caracteriza por mantener paralela la línea de incorporación de puntos de extracción con la línea de avance del frente de hundimiento. Esta modalidad se aplica en aquellos sectores de la mina donde la columna mineralizada es principalmente primaria. Debido a la fragmentación más gruesa del mineral primario, las mallas de extracción del Caving son de mayores dimensiones, con variaciones según el sector productivo de la Mina.

La secuencia de desarrollo de las labores es la siguiente: 1. Desarrollo labores niveles de producción y de hundimiento. 2. Excavación de las zanjas o “bateas” recolectoras de mineral. 3. Tronadura de socavación en el nivel de hundimiento, avanzando con el frente de hundimiento hacia las bateas abiertas. 4. Inicio de la extracción.

Caving convencional

Caving hundimiento previo Con la finalidad de disminuir el efecto de la concentración de esfuerzos se definió la variante conocida como “hundimiento previo”, que consiste en anticipar la socavación con respecto al desarrollo de las labores en el nivel de producción. La principal característica de esta variante es el desarrollo de todas las labores del nivel de producción bajo área completamente socavada, hasta una distancia de seguridad por detrás del frente de socavación. La secuencia de excavación de las labores es la siguiente: 1. Desarrollo de las labores del nivel de hundimiento. 2. Tronadura de socavación en el nivel de hundimiento, avanzando con el frente de socavación hasta alcanzar una cierta distancia por delante del futuro frente de extracción. 3. Desarrollo de las labores del nivel de producción. 4. Apertura de bateas bajo área socavada. 5. Inicio de la extracción.

Caving hundimiento previo

Caving hundimiento avanzado En esta variante la socavación en el nivel de hundimiento se realiza sobre un nivel de producción parcialmente desarrollado, dejando las galerías de zanjas y bateas para ser excavadas bajo área hundida o socavada. La ventaja de esta variante con respecto a la anterior es que proporciona una mayor flexibilidad en el desarrollo del nivel de producción. La secuencia de excavación de las labores se detalla a continuación. 1. Desarrollo de las labores del nivel de hundimiento y de algunas del nivel de producción. En general solamente se construyen las calles de producción. 2. Tronadura de socavación en el nivel de hundimiento, avanzando con el frente de socavación hasta alcanzar una cierta distancia por delante del futuro frente de extracción. 3. Se desarrollan las restantes labores del nivel de producción en el sector bajo el área socavada. 4. Se realiza la apertura de las bateas. 5. Se inicia la extracción

Caving hundimiento avanzado

Resumen: Secuencia constructiva de la bores respecto a la socavación en minería por hundimiento

Comparación estrategias de socavación

Comparación estrategias de socavación

Diseño de Infraestructura • La infraestructura interior mina depende del Sistema de Explotación y del tamaño de las Unidades de Explotación. • Las dimensiones de las labores que conforman la infraestructura interior mina depende de: – – – –

Calidad del macizo rocoso Los equipos utilizados La capacidad requerida del sistema El grado de sostenimiento

Diseño de Infraestructura • Las principales labores mineras, ya sean permanentes o temporales, son: – – – – – – – – – – –

Galerías Cruzados Piques de traspaso Embudos, zanjas o bateas Silos Estaciones de chancado Chimeneas de ventilación Áreas de múltiples usos (oficinas, talleres, comedores, etc) Chimeneas de cara libre Rampas Piques de

Diseño de Infraestructura • Para el diseño de labores subterráneas deben utilizarse varios métodos, tanto empíricos como numéricos. • Para elegir un criterio, el ingeniero debe establecer previamente el modo de falla.

• Cuando se trata de fallamientos controlados por estructuras, los métodos empíricos son bastante adecuados. • Cuando se trata de fallamiento por esfuerzos, los métodos numéricos son más adecuados (elementos finitos, entre otros).

Diseño en Caving El diseño de la infraestructura principal para este método, considera los siguientes pasos: – Determinación del diámetro del elipsoide de extracción. – Selección de la configuración de elipsoides – Diseño de Malla de Extracción (calles, cruzados y zanjas en planta) – Diseño de los niveles de producción y hundimiento en perfil y vertical.

4m

17m

Major Apex Next 18 m Drawbell 45o

34m

Diámetro Elipsoide de Extracción • Para determinar este diámetro se pueden seguir los siguientes pasos: – Definir la calidad del macizo rocoso – Establecer la granulometría promedio producto del hundimiento – Determinar el mínimo y máximo espaciamiento entre puntos de extracción – Determinar altura de interacción – Determinar diámetro del elipsoide de extracción teórico y real.

Diámetro Elipsoide de Extracción • Se define la calidad del macizo rocoso de acuerdo al modelo de Laubscher (MRMR) Clasificación MRMR Calidad del Macizo Muy mala Mala Regular Buena Muy Buena

Clase 5 4 3 2 1

MRMR 0-2 21 - 40 41 - 60 61 - 80 81 - 100

Diámetro Elipsoide de Extracción Tiraje Múltiple (Interactivo)

Si dos o más elipsoides se sobreponen (sus ejes verticales se encuentran a una distancia menor que sus diámetros), se formará una única zona de mayor diámetro que el de los respectivos puntos de extracción

Diámetro Elipsoide de Extracción Una vez que el material alcanza la zona de interacción, parte de este aparece en el apex menor, tras extraer no más de un 20% de la altura de esa zona • Cuando el tiraje es simultáneo y el espaciamiento entre puntos no supera los 1,5 veces el diámetro de los elipsoides, puede extraerse todo el material. • El material extraído por un punto puede provenir de elipsoides contiguos. • La altura de la zona de Zona Interacción interacción depende del espaciamiento entre puntos y de la calidad de la roca

Diámetro Elipsoide de Extracción A lo largo de una zanja, los elipsoides se interceptan a una altura h (zona de interacción).

Diámetro Elipsoide de Extracción

Relación entre la clasificación de Laubscher, la frecuencia de fracturas, la granulometría promedio, la forma del elipsoide y la movilidad de las partículas.

Diámetro Elipsoide de Extracción Algunas conclusiones

• La principal variable que controla la geometría de las zonas de desprendimiento y extracción es el volumen extraído. • La altura del elipsoide de desprendimiento crece rápidamente al inicio de la extracción, para luego decrecer a una tendencia casi lineal. • La granulometría influye en la geometría de los elipsoides. • El tamaño del punto de extracción influye en la geometría del elipsoide de extracción (variación de la excentricidad) • La distancia entre puntos de extracción no debe superar los 1,5 veces el diámetro del elipsoide. • La velocidad del flujo depende de la razón entre el tamaño del punto de extracción y el tamaño de las partículas, del ritmo de extracción y de la posición en la cual se encuentre la partícula respecto del punto de extracción. • No se producen colgaduras cuando la razón entre el tamaño del punto de extracción y el tamaño máximo de partícula es igual o superior a 4.

Tipos de fragmentación en Block Caving • Algunos autores (Laubscher (1994), Eadie (2003)) señalan que es posible identificar tres niveles o tipos de fragmentación en una mina de block caving: • Fragmentación in situ, que se encuentra representada por los bloques que están naturalmente en el macizo rocoso antes de toda actividad minera. • Fragmentación primaria, que ocurre de forma posterior al pre corte y al inicio del hundimiento; en definitiva son los bloques en la vecindad del cave-back que se separan del macizo rocoso. • Fragmentación secundaria, producida por los movimientos de los bloques a través de la columna de extracción hasta llegar a los puntos de extracción.

Diseño de Mallas de Extracción • La malla de extracción es la disposición espacial de labores en el nivel de producción. • Los tipos de mallas existentes son: – Malla Cuadrada – Malla Henderson – Malla Teniente

Evaluación de Mallas Aspectos Operacionales • Experiencia práctica de aplicación en Caving. • Grado de mecanización del proceso de extracción de mineral. • Direcciones de operación del equipo LHD. • Posibilidad de usar parte de la galería zanja opuesta. • Productividad de los equipos LHD. • Posibilidad de aplicar equipo LHD eléctrico. Aspectos Geométricos • Angulo calle/zanja. • Número de direcciones de galerías. • Geometrías de los pilares de sustentación. • Generación de puntas de diamantes (ángulos agudos).

Evaluación de Mallas (3) Aspectos Geomecánicos • Factor de Seguridad (FS) pilar calle-zanja. • Probabilidad de Falla (PF) pilar calle-zanja. (4) Otros Aspectos • La Interacción del Flujo de Mineral. • Ventilación de Galerías

Diseño de Mallas de Extracción • El dimensionamiento de la malla de extracción considera: – La sección de galerías de producción – Largo y sección de galería de zanja – Largo y ancho de Batea (Zanja)

Diseño de Mallas de Extracción • Sección de Galerías de Producción (calles y cruzados).

Ver Reglamento de Seguridad Minera

Diseño de Mallas de Extracción • Largo y sección de galería de zanja

Lz  Leq  Ltalud  F *

Ac seno(60 º )

F: factor de interferencia de tráfico; 1 para equipo atravesado completamente en la calle; 0 para equipo completamente metido en la zanja. Este factor también afecta la distancia entre calles.

Diseño de Mallas de Extracción • Diseño de Bateas Planta Nivel de Producción A B’

B

A’

Diseño de Mallas de Extracción • Diseño de Bateas PERFIL BATEA – A A’ A ap UCL β Ht

Batea

Batea H

Crown Pillar Dnn α

Hv Av

Hgz

C. Zanja

Ac C. Zanja

Hc

NP

Dpe BB Dcv Dc//z Av: Ancho de visera Hv: Altura de visera Hgz: Altura gal. zanja

Ht: Altura del talud de la Batea Dc//z: Distancia entre calles, paralela a la zanja Dcv: Distancia entre calle y visera

ap: Ancho del apex superior del Crown Pillar Dpe: Distancia entre puntos de extracción BB: Ancho basal de la batea

Diseño de Mallas de Extracción • Diseño de Bateas PERFIL BATEA – B B’ Dbb UCL

Batea Dnn Pilar Zanja

Pilar Zanja Agz

ω NP

Hgz C. Zanja Dz┴z

Dbb: Ancho apex mínimo

Dz ┴ z: Distancia entre zanjas, perpendicular a la zanja

Dnn: Altura entre niveles

Diseño de Mallas de Extracción

Diseño de Mallas de Extracción • Ejemplos de mallas en Teniente (LHD 6yd3)

Diseño de Mallas de Extracción • Ejemplos de mallas en Teniente (LHD 13yd3)

Diseño Nivel Hundimiento • Las galerías para el hundimiento convencional se ubican sobre el crown pillar, y su diseño depende principalmente del equipo de perforación.

PERFIL BATEA – A A’ UCL β Batea

Batea Crown Pillar Dnn α

Hv Hgz

Av

Ac

C. Zanja

C. Zanja

Calles

Hc

NP

N. Hundimiento • Block Caving • Caving

 H. Convencional  H. Previo H. Avanzado

Diseño Geométrico del Nivel de Hundimiento en BC

Socavación en Block Caving

Mina El Teniente, MassMin-2000

Diseño Geométrico del Nivel de Hundimiento en PC

Socavación en Caving con H. Convencional

Mina El Teniente, MassMin-2000

Diseño Geométrico del Nivel de Hundimiento en PC

Socavación en Caving con H. Previo/H. Avanzado

Mina El Teniente, MassMin-2000

Diseños Mineros del N. Producción • Curvas de Fragmentación de mineral • Elipsoide de Extracción vs Fragmentación del mineral • Disposición geométrica de los Puntos de Extracción • Tamaño de los Equipos • Batea define distancia entre N.Producción-N.Hundimiento (tamaño del Crown Pillar) • Metodología para definir Mallas de Extracción

Geometrías del Nivel de Producción en PC





Diámetro del Elipsoide de Extracción

Geometrías del Nivel de Producción en PC

Malla Cuadrada

Geometrías del Nivel de Producción en PC

Malla Tipo Teniente

Geometrías del Nivel de Producción en PC

Malla Tipo Henderson ó Espina de Pescado

Geometrías del Nivel de Producción en PC

Elipsoides Traslapados Elipsoides Tangentes

Geometrías del Nivel de Producción en PC Malla Teórica 17 x 20 m

Malla Operativizada 17 x 20 m

Operativización de la Malla de Extracción: Largo del Equipo LHD

Diseño Geométrico del Nivel de Producción en PC

Mina NorthParkes, MassMin-2000

Geometrías de la Batea en PC

Isómetrico de la Batea y del Crown Pillar

Geometrías de la Batea en PC

Sección vertical a lo largo de la Zanja Malla Teniente 17 x 20 m, HP/HA

Geometrías de la Batea en PC

Sección vertical perpendicular a la Zanja Malla Teniente 17 x 20 m, HP/HA

Puntos de Extracción en N. Producción

Sistemas de Traspaso de Mineral • Puntos de Vaciado (N. Producción) • Cámaras de Picado (N. Martillos) • Piques (N. Producción-N. Martillos-N. Transporte)

• Buzones (N. Transporte) • Salas de Chancado (N. Transporte)

Sistemas de Traspaso típicos en Caving

CAVING EN TENIENTE

Sistemas de Traspaso: Puntos de Vaciado en N. Producción

Vista en planta

Sistemas de Traspaso: Puntos de Vaciado en N. Producción

PV.7

Vista en sección vertical

Sistemas de Traspaso: Cámaras de Picado en N. Martillos

Vista en planta

Sistemas de Traspaso: Cámaras de Picado en N. Martillos

.4

.5

Vista en sección vertical

Sistemas de Traspaso: Piques cortos bajo el N. Producción

Sistemas de Traspaso: Piques largos bajo el N. Martillos

Sistemas de Traspaso: Buzones en N. Transporte

Vista en planta

Sistemas de Traspaso: Buzones en N. Transporte

Vista en sección vertical

Sistemas de Traspaso: Buzones en N. Transporte

EB.1

EB.2

Vista en sección vertical

Sistemas de Traspaso: Salas de Chancado

Dilución La dilución es aquel material que no tiene interés económico en la minería, y que se mezcla con el que si lo tiene. Sin embargo en un método por hundimiento como lo es Block y Caving la dilución es una parte integral, por ello es necesario saber controlarla y comprender como se comportara según la roca en donde estemos trabajando, lo ideal es minimizarla maximizando la extracción del mineral, esta puede provenir desde distintos lugares ya sea, de los costados, de la roca estéril tronada o la pared colgante de cuerpo mineralizado. Existen dos maneras de conocer la dilución que tendremos: •

Con respecto a la cantidad de mineral extraído.

•

Con respecto a la cantidad de material total extraída:

Dilución Entrada de dilución. Es un indicador fundamental en el estudio de la dilución y es cuando esta ingresa al punto de extracción. Laubscher (1994) define entrada de dilución, como al porcentaje de la columna que se ha extraído hasta que aparece el material que diluye al mineral. Este porcentaje es una función de la cantidad de mezcla que existe en la columna y esta mezcla esta en función de: • Altura de la columna • Rangos de fragmentación • Espaciamiento entre puntos de extracción • Diferencia entre tonelajes extraídos de los distintos puntos de extracción activos • altura de interacción

Pre-acondicionamiento ¿Qué es? Es alterar las características de macizo rocoso, que se comporte como un macizo débil.

Tronadura Explosivo a utilizar: ANFEX Equipo a utilizar: UBT Taco: Tanex y Tabnex Tiros: Forma de abanico

Tronadura

VENTILACIÓN BLOCK/ CAVING • Este método requiere un suministro intensivo de ventilación, en especial al nivel de producción, donde se concentra un conjunto de operaciones altamente contaminantes con presencia de personal: extracción y traspaso (polvo), tronadura (gases) y también en muchos casos carguío y transporte con equipos diesel (polvo y gases. • La solución clásica es disponer un subnivel de ventilación ubicado unos poco metros mas abajo del nivel de producción (15-30 mts).

VENTILACION

Fortificación • El principal problema dice relación con la estabilidad de las labores del nivel de producción. Estas labores son sometidas a intensas solicitaciones inducidas por la redistribución y concentración asociadas al proceso de hundimiento. En presencia de roca poco competente con buenas características de Hundibilidad, la fortificación consiste en marcos de acero reforzado con revestimiento de hormigón.

Fortificación

Fortificación

Fortificación

Maquinaria

Maquinaria

Maquinaria

Chancador Giratorio

• Superficie móvil y una Fija

Maquinaria

DD420 Mining Jumbo

Camión Articulado

NEW HOLLAND L 218

Construcción de Chimeneas

Piloto Piloto