MI57GProfesor Raúl Castro Semestre Primavera 2008 Contenidos Introducción a método de explotación por hundimiento (caving) Descripción de niveles en block/panel caving Diseño del nivel de producción puntos de extracción y zanjas Medidas de evaluación de diseños Introducción Block/Panel Caving son métodos subterráneos masivos de explotación de mineral. Es el método de explotación subterráneo de menor costo (3 – 4 US$/ ton) y mayor productividad (> 40.000 tpd/mina). Esto se debe entre otros factores a que la fragmentación del mineral/esteril no se basa en la tronadura sino en los esfuerzos in-situ creados por el hundimiento, ademas el transporte de mineral es principalmente gravitacional. La granulometría del mineral y estéril depende de las características intrínsecas del mineral y de los esfuerzos que actúan en el macizo in-situ durante el proceso de caving y posterior flujo hacia puntos de extracción. El acondicionamiento por explosivos o hidraulico busca mejorar la fragmentación del mineral mas competente. Preparación base caseron en block caving 1. Construcción de desarrollos mina: rampa acceso-piques-adit ventilación 2. Accesos a niveles: producción- hundimiento- ventilación- reducción secundaria 3. Construcción nivel producción: calles estocadas y zanjas 4. Construcción nivel hundimiento: calles 5. Construcción nivel ventilación 6. Construcción nivel transporte (reducción secundaria) 7. Chimeneas de traspaso 8. Chimenea slot 9. Hundimiento y producción Definiciones – niveles minas explotadas por hundimiento Nivel de producción Es el nivel en el cual la roca quebrada es cargada y transportada mediante equipos mecanizados. En este nivel se alojan las zanjas, puntos de extracción y piques de traspaso. Nivel de hundimiento Es el nivel en el cual se corta la base del bloque a ser explotado mediante metodos de perforación y tronadura. Nivel de ventilación Es el nivel en el cual se ingresa aire fresco y descarga el viciado desde los distintos niveles de producción de la mina. Definiciones – niveles minas explotadas por hundimiento Nivel de reducción secundaria Es el nivel donde se reduce el tamaño de mineral mediante martillos picadores- este nivel puede ir en una cota distinta al de producción (El Teniente- Sub6) en el nivel (Esmeralda- El Teniente), en el nivel directo a chancador (Pipa Norte- Diablo Regimiento- El Teniente). Nivel de acarreo Es el nivel donde se realiza el carguío y posterior transporte de mineral proveniente del nivel de producción. Carguío es mecanizado y automatizado (buzones) asi como el transporte ( trenes o camiones) Nivel de transporte Es el nivel donde se realiza el carguío y posterior transporte de mineral proveniente del nivel de acarreo. Carguío es mecanizado y automatizado (buzones) asi como el transporte ( trenes o camiones) Block Caving con hundimiento convencional Block Caving en Mina Palabora, South Africa (Moss, 2007) Nivel producción Nivel hundimiento Diseño nivel de producción Parámetros de diseño del nivel de producción en Block/Panel Caving Determinado por la granulometría esperada del proceso de caving: Distancia entre puntos de extracción: recuperación Manejo de materiales Por ejemplo: Material fino puede ser extraído mediante sistema de traspaso gravitacional utilizando parrillas a una distancia de puntos de extracción de 4-6 m. Material grueso requiere de ser transportado / reducido en el nivel de producción y por lo tanto requiere de reducción secundaria en el nivel y carguío por medio de equipo mecanizado. La distancia entre puntos de extracción es un trade-off entre las dimensiones del equipo de carguío y la recuperación esperada. Definiciones Major apex Se refiere a la dimension maxima del pilar que se forma entre puntos de extracción ubicados en la misma calle Minor apex Se refiere a las dimension del pilar que se forma entre puntos de extracción de manera opuesta y en la misma calle de producción. Unidad básica de explotación calle Estocada/ punto de extracción Nivel hundimiento (UCL) Factores a considerar en el diseño del nivel de producción Recuperación/dilución: interacción de zonas de flujo Condiciones geotécnicas: estabilidad del nivel Fragmentación: incidencia en recuperación y manejo de materiales Factores operacionales: layout operativo para equipos de carguío Disposición de puntos de vaciado/reducción secundaria Ubicación del punto de extracción: desgaste de viseras durante la extracción 7.13 Espaciamiento de puntos de extracción (Richardson 1981) (a) Espaciamiento excesivo (b) muy cerca 7.14 Layout Ideal en un block/panel caving (Richardson 1981) (a) Layout Hexagonal (b) Layout cuadrado Sistemas de carguío en block/panel caving Parrillas: granulometría fina Scrapers: granulometría intermedia LHD: granulometría gruesa Minería continua (proyecto): roca acondicionada Block caving, Miami Mine, Arizona, USA (Lewis & Clark 1964) 1.16 Diseño de la base: •Block caving con fragmentación fina (<0,5 m) •Puntos de extracción estan espaciados equidimensionalmente •Requiere perforación manual durante la preparación •Utiliza un diseño gravitacional integral •Inicialmente espaciamiento a 4,8 x 4,8 m a 9 x 9 m •Altas productividades por hombre (800 ton/turno/hombre) SISTEMA DE TRASPASO PARRILLAS (PARRILLAS-GRIZZLY) Zanjas recolectoras en Andina D D D D Nivel de producción en parrillas Características Mina Layout Espaciamiento Tonelaje Andina Diagonal 9 x 9 20.000 Teniente Frontal 7,5 x 7,5 15000 San Manuel Frontal 5,0 x 5,0 45000 Sistema gravitacional integral mina Andina Aplicación Roca secundaria 3% > 1 m3 Mina Andina III Panel Ref. Aguayo et al (2004) Parrillas sistema no mecanizado Mina Bell, Canada Nivel de hundimiento se conecta en retroceso mediante perforación de tiros ascendentes. Nivel de producción en parrillas Sistema de parrillas – solo un punto Parrilla de 0,3 m Se usó un solo punto de extracción para una mejor estabilidad del nivel de producción. Ejemplo Mina King (Laubscher, 2000) Block Caving - El Teniente Diseño Block Caving Quebrada Teniente (Jofre et al, 2000) Comparación LHD-parrillas mina Andina III Panel Indice OBS LHD (13 x 13) Parrillas (9 x 9) Productividad Desde el nivel de hundimiento a tpte 1200 (US$/m2) 770 (US$/m2) Resistencia diseño Area colapsada 27,4 % 0% Productividad unitaria 136 ton/m2 177 ton/m2 Recuperación de reservas Incluye area colapsada 667 ton/m2 940 ton/m2 Costo operacional Costos hasta transporte, incluye reparación 1,04 (US$/t) 0,77 (US$/t) Costo Total Operación y des. 2,24 (US$/t) 2,05 (US$/t) Recuperación reservas in situ Sobre reservas in situ 118 % 136 % PED (%) Porcentaje entrada dilución (riolita) 79% 89% Ref. Aguayo et al (2004) Block Caving – mineral primario A partir de los 70’s explotaciones de block/panel caving en Chile comienzan a enfrentarse a mineral competente (zona de enriquesimiento primario). Este mineral es mas competente (RMR>50) con baja frecuencia de fracturas (1-2 ff/m). Evolución a Block Caving mecanizado (LHD): Mina El Salvador (Chile) Estocadas Puntos de carguío Galería Base 24 m 12,5 m 28,6 m 16 m 14,3 m 15,5 m 14,3 m 55º Equiespaciadas a 16 x 16 m •Diseño original, resulto como producto de sobretamaño para sistema de chimeneas (mineral primario). •Se ajusto de manera sucesiva para que el equipo LHD fuese mas eficiente. Espina de pescado original Zanja continua Existe una gran zanja como en el SLS que es extraída mediante dos puntos de extracción. Herringbone (Henderson mine USA) Offset herringbone Características: Se observan puntas de diamante Este layout permite proteger el punto opuesto si se produce una explosión de barro (se usa por ejemplo en Freeport) Normal herringbone Características: Ideal para equipos LHD eléctricos Se crean una gran luz entre puntos opuestos en la dirección del apex mayor Puntas de diamante Northparkes layout- Australia Características: •Este layout es ideal para equipo LHD eléctrico. •Se deja un pilar en el centro del sector para colocar puntos de vaciado y chimeneas de extracción de aire viciado Henderson Original Distancia entre calles: 30 m Distancia entre zanjas: 15 m Actual: tipo Teniente pilar en la zanja Distancia entre calles: 30.48 m Distancia entre zanjas: 20 m El Teniente Estocadas de Carguío Proyección de la Zanja Punto de extracción Chimeneas de traspaso Calles 30 m Block Caving en Chile Referencias Thirty years evolution of block caving in Chile (MassMin 2004, pp 387-392) Block Caving at El Teniente mine, Chile (Tran Inst Min & Metall 98: January-April 1989) E.T. Brown, 2007, Block Caving Geomechanics. Lecturas en secretaria docente Caracterización mallas de tiraje Propósito Los objetivos del nivel productivo son : 1. Recuperación de mineral 2. Estabilidad de la mina 3. Extracción (equipos) Se han propuestos índices para evaluar una u otra malla en términos de su recuperación, operatividad y estabilidad Se han modelado estas mallas desde el punto de vista de estabilidad Caracterización de mallas de tiraje Densidad de la malla de tiraje = suma (área de influencia de los puntos de tiraje) numero de puntos de extracción Atotal Área de influencia de un punto de extracción (m2): se asume que el diseño es optimo, es decir, que el espaciamiento es tal que se produce flujo en masa. A n 1 2 Caracterización de mallas de tiraje Anisotropía de la malla = máxima área de influencia de punto de extracción mínima área de influencia de punto de extracción Distorsión de la malla= máxima distancia entre puntos contiguos mínima distancia entre puntos contiguos d1 d2 Caracterización de mallas de tiraje Holgura de la malla= longitud disponible de la estocada largo del equipo Sustentación de la malla= área ocupada del pilar área total Ejercicio auxiliar: calcular los Indices para las mallas tipo Teniente y Herringbone Frecuencias relativas de usos de mallas de extracción (Flores & Karzulovic 2002) E X T R A C T I O N L E V E L L A Y O U T 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 R E L A T I V E F R E Q U E N C Y Herringbone Teniente Other Bench mark espaciamiento de calles de producción (Flores & Karzulovic 2002) 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 P R O D U C T I O N D R I F T S P A C I N G ( m ) 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 R E L A T I V E F R E Q U E N C Y T I M E P E R I O D B e f o r e 1 9 7 0 F r o m 1 9 7 0 t o 1 9 9 0 A f t e r 1 9 9 0 7.42 General vertical section, Henderson Mine, USA (Keskimaki et al 2004) 7.43 Level 7210 ore bin layout, Henderson Mine, USA (Keskimaki et al 2004) 7.44 Loading chute 675 Tonne cap, Storage bin Ore pass & Exhaust raise Criterios de diseño en Northparkes (Duffield 2000) Minimizar el numero de etapas del manejo de materiales Minimizar el numero de etapas de reducción Dimensionamiento del chancador de acuerdo al tamaño máximo que puede transportar un LHD Intentar tener un proceso continuo de transporte de materiales 7.45 Extraction level layout, Northparkes E26 Lift 1, Australia 7.46 Extraction level layout, Lift 2, Northparkes E26 Mine, Australia (Flores & Karzulovic 2002) 7.47 Extraction level layout, Palabora Mine, South Africa 7.48 Inca Central Oeste Mina El Salvador Dimensionamiento del nivel de producción Flujo gravitacional y su rol en la determinación de mallas de extracción en Block Caving Metodologias para la evaluación de mallas de extracción Kvapil Laubscher Teniente Susaeta U de Chile Tiraje aislado (Kvapil, 1992) Etapas • Elipsoide de flujo se genera con poca extracción • Elipsoide llega a superficie y se comienza el relleno • Se continua la extracción y se mide el ancho • Se alcanza un diámetro máximo (d) Flujo elipsoidal vs cilindrico Kvapil (2004) Kvapil postula que existen dos tipos de flujo granular aislado: Flujo eliptico cercano al punto de extracción (>60m), caracterizado por una diferencia de velocidades en el material Flujo en masa o cilindrico condicion lejana al punto de extracción dimensiones sin influencia del punto de extracción y dependiente del tamaño de particula. Flujo en desde dos puntos en zanja Kvapil (2004) A lo largo de la zanja los elipsoides de flujo se interceptan a una altura h Zanja corta permite manejo de colgaduras Tiraje multiple Si las zonas estan a una distancia menor a su diametro se formara una unica zona de mayor diametro que el de los respectivos puntos de extracción Tiraje multiple- modelos en 2D Zonas aisladas Flujo elipsoidal cercano al punto de extracción Flujo en masa Panel caving- Flujo inclinado hacia zonas de menor densidad Menor masa extraída This drawing shows the development of interaction between drawpoints as the drawpoints are drawn: - A single drawpoint with it’s isolated drawzone. - Two isolated drawzones in the drawbell interact to form a large drawzone. - The drawbell drawzones interact across the minor apex forming a larger interactive drawzone. - The large drawbell interactive zones interact across the major apex. By drawing lines of drawpoints along adjacent drawbells good interaction across the major apex is achieved. INTERACTION OF DRAWBELLS Ref. Laubscher (2000) Criterio de diseño – espaciamiento puntos de extracción Laubscher (1994) Zona tiraje aislado % +2m³ 0 1 - 5 6 - 20 21 - 45 Laubscher (2000) Espaciamiento de puntos en mallas LHD Herringbone A = distancia entre zonas de flujo en la zanja e.j. = 8 m B = distancia entre zonas de flujo en el pilar menor e.j. = 15 m C = distancia entre zonas de flujo en el pilar mayor e.j. = 22 m Procedimiento: Determinar el ancho de la zona de flujo a una altura determinada Ubicar el centroide del elipsoide a 1 – 3 metros de la visera (hacia el punto) A B C Centro de la zona de tiraje aislado (1 m de la visera) Pilar mayor Punto de extracción Pilar menor entre zanjas Zanja Espaciamiento de puntos en mallas LHD Teniente Ejemplo definición de mallas en tiraje interactivo (Dee Beers) Tiraje aislado IDZ = 12m (a=30,b=15,h=12,d=45°,i=0) Tiraje interactivo En la zanja IDZ x 1.5 => DZ = 18m Tiraje interactivo En la zanja Se reemplaza por un eliposoide Eje mayor= 30 m Eje menor= 18 m interactive draw Interacción a traves del pilar mayor Ejes elipsoides x 1.5 Eje mayor= 45 m Eje menor= 27 m Espaciamiento máximo a traves del pilar mayor A l o l a r g o d e l p i l a r m a y o r Laubscher (2000) % sobre 2 m3 () Espaciamiento puntos en el pilar mayor (Laubscher, 2000) Los espaciamientos se han aumentado a medida que la experiencia ha indicado que se obtienen buenas recuperaciones Grafico de diseño a partir de observaciones de mallas Efecto geometria zanja en interacción Buena interacción Poca interacción cercano a la zanja Ancho del punto de extracción ( ) k D W 2 5 >= D= tamaño medio de partícula K= factor de flujo (Kvapil) Kvapil (2004) Ejemplo Calculo ancho PE Definición ancho de punto de extracción 100 1. Tamaño medio de particula Largo 1 m Ancho 0,8 m Alto 0,5 m Dmedio 0,8 m k 1 W 3,8 m Composición tamaños % grueso (anguloso) 40 % intermedio 30 % arena-grava 20 % arcilla/suelo 10 Total (%) 100 k 1 Hipótesis flujo en block/panel caving Interactive zone Collapso pilar entre puntos Espaciamiento IDZ Velocidad tiraje aislado Velocidad interactiva vi Ref. Susaeta (2004) Recomendación Malla LHD 17,2 x 17,2 LHD 15 x 15 m LHD 13 x 13 m Parrillas9 x 9 m Parrillas 7,5 x 7,2 m Tiraje Aislado (A) Tiraje Aislado-Interactivo (A-I) Tiraje Interactivo (I) Secundario Mixto Primario Roca Metodologia determinación mallas El Teniente Metodología propuesta en interacción de elipsoides de extraccion combinando Laubscher con Kvapil Ref. Caviedes et al (2005) Kvapil, 1992 Ancho punto minimo Laubscher, 2004 Corrección por ancho punto extracción A l t u r a i n t e r a c c i ó n Malla en base a diametros de extracción Teniente Espina de pescado Operativización mallas tan a d Lz Le sen | o = + ÷ Determinar el largo de zanja en función del tamaño del equipo LHD Estimar la distorción de la malla y posibles problemas con equipos de distinta capacidad. Reducir/aumentar tamaño del equipo de acuerdo a mallas basadas en recuperación. Le= largo equipo a= altura galería zanja d= ancho calle o= angulo calle-zanja u= angulo reposo mineral Dimensiones bateas Dimensionamiento bateas – Plano a lo largo de zanja ¦ ¦ ¹ ¦ ¦ ´ ¦ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ HA HP ap Dcpe HC Hv ap Dcpe Ht ) 2 ( tan ) tan 2 ( tan | o | t v gz NN H H H H + + = cp v t H H H = + Altura tolva Altura niveles Altura crown pilar Ancho crown pilar 2 cp A Dcpe = Parametro Simbol o Hundimiento convencional Hundimiento previo/Avanza do Altura visera Hv 7,94-11,4 4-5,4 Angulo visera o 82° 90° Angulo tolva | 40° 50° Ancho apex aparente ap 4,6 4,6 Altura gal. zanja Hgz Equipo Largo visera Lv 1 0,5 Distancia centro de calles | |estocada Dcpe Extracción Dc||gz Hv Lv o | Dcpe Hgz HNN ap Ht Acp producción hundimiento Crown pilar Dimensionamiento bateas – plano perpendicular a zanjas || z c D Parametro Simbolo Hundimiento convencional Hundimiento previo/Avanzado Distancia entre zanjas Db 1-1,32 0 || z z z c D sen D u ± = · Pilar zanja db e Zanja HNN Distancia puntos perpendicular a zanja Ancho Pilar Zanja pz A || ( ) pz z c z A sen D a u = · ÷ Parametros tipicos usados en minas por hundimiento (Flores et al 2004) Parametros tipicos en minas por hundimiento (Flores et al 2004)
Report "Clase 04 Diseno de La Base de Caserones Block Caving"