Calculo Del Dilucion en Operaciones de Minado Subterraneo

7/30/2019 Calculo Del Dilucion en Operaciones de Minado Subterraneo

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CALCULO DEL % DILUCION EN OPERACIONES DE MINADO SUBTERRANEO.Dr. R.Pakalnis & Dr. R. Poulin

University of British Columbia, Vancouver, B.C.Dr. S.Vongpaisal

CANMET, Ottawa, Ont.

1. RESUMEN:

Aproximadamente el 51 % de la produccin total de las minas subterrneasmecanizadas utiliza los siguientes mtodos de explotacin (open stopes y sub levelstoping). Estos mtodos requieren que largas excavaciones permanezcan abiertas hastaque el mineral es extrado bajo una dilucin mnima. Tintor escribi un articulo sobre minassubterrneas en 1988 y concluyo que un factor preponderante para el cierre de minas, fue acausa de una dilucin descontrolada, en el mismo articulo se indica que el 40 % de dichasoperaciones tiene diluciones mayores al 20%. Este valor tiene implicaciones importantes enla viabilidad econmica de un proyecto considerando que un proyecto rentable tiene unatasa interna de retorno (TIR) que oscila entre 10 a 20% Este articulo trata sobre las

diversas definiciones de dilucin, y a la ves presenta los mtodos de diseo usados parareducir la dilucin y finalmente una reciente tcnica que cuantifica la dilucin.Las observaciones presentadas en este articulo estn basados en el trabajo liderado

por la University of British Columbia y CANNET sobre los ltimos 10 aos y sobre estudiospresentes acerca de la cuantificacin de tcnicas de diseo empricos.

2. INTRODUCCION

La importancia de la dilucin en la economa de una operacin minera es bienreconocida y esta reflejada en el hecho de que en muchas minas se lleva el rcord dedilucin. La perdida de mineral y dilucin estn presentes en todos los estados del minado y

mientras diversos modelos pueden investigar la influencia de esta dilacin, es estacuantificacin la que tiene mayores cambios. Adems, actualmente es reconocido que unadilucin aceptable es funcin de la ley de mineral, costos de material diluido y precio delmetal. Consecuentemente el grado de una dilucin aceptable difiere de lugar a lugar.

Elbrond (1994), ha propuesto un diagrama conceptual en el cual la presencia deperdida de mineral y dilucin durante fases sucesivas de minado. Adems esta es unaaproximacin simplificada que intenta reconocer la complejidad del problema, Comenzandocon la necesidad de definir precisamente la cantidad y calidad de material a travs de todaslas etapas del proceso minero.Esto incluye el contorneo del deposito, definicin de la ley de corte, seleccin del mtodooptimo de explotacin, parmetros de planeamiento y produccin y el subsecuente

procesamiento de mineral. Este articulo asocia los modelos de dilucin e impactoseconmicos.

3. MODELO DE DILUCION

El mineral es generalmente definido a travs de un modelo geolgico que sintetizalas caractersticas conocidas del deposito. En orden a cuantificar la diluicin, uno debeasumir que el mineral esta definido en cantidad y calidad, y el volumen de roca puedeefectivamente ser medido con un grado de certeza, se debe indicar que el modelo nuncacoincidir completamente con l deposito real. (Elbrond, 1994), esto puede refinarse conuna informacin concerniente al deposito acumulado. Existe un mayor grado de

incertidumbre concerniente al calculo de la ley del material de desecho (debajo del cut off),debido a que los esfuerzos ilimitados en evaluar la ley del desmonte no son suficientes.


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Por lo tanto, la dilucin es frecuentemente inferida y no se mide fsicamente. Porquela ley exacta de todos los componentes de la mezcla mineral /desmonte no estn biendefinidos, la estimacin de la dilucin puede llevar a un error considerable.

La medicin del volumen de estril (wall slough), denominado dilucin externa, elcual es la diferencia entre tonelaje diseado y el actual producido es una buena medida delxito minero.

Desdichadamente esta dilucin se expresa en trminos de costo debido a que lacuantificacin es desconocida, tales como costo de perforacin, voladura, acarreo,transporte, chancado, procesado y posicionado en la presa de relaves. Desde que este esun material debajo de la ley de corte y por lo tanto no genera rentas suficientes para cubrirtodos los costos inferidos y atribuidos.

Lane (1988) demostr que las operaciones mineras tienen factores limitantes queinfluencian en la economa total, los cuales son: capacidad de minado y capacidad deplanta.Hay practicas y procedimientos para definir una operacin optima. Cuando se extraeel desmonte producto de una dilucin aumenta el costo de oportunidad, donde la capacidadtratada es perdida por el desplazamiento de mineral por desmonte en el circuito completomina/planta.Este desplazamiento resulta en un aumento del costo expresado por el flujo decaja siendo distribuido sobre un largo periodo resultando en una diminucin del valorpresente neto.El tamao del costo es directamente proporcional a la tasa de descuentousado, a mayor tasa, mayor costo de oportunidad del flujo de caja. El ejemplo dado porBawden et al. (1989) demuestra que una operacin minera con una capacidad constante,produce la misma cantidad de metal pero incrementando la vida de la mina as como ladilucin. La dilucin tiene cero de ley en el ejemplo y los costos extra de minado yprocesamiento asociados con el minado de la dilucin son aumentados con el costo deoportunidad. Otro escenario puede verse incrementando la ley de corte con relacin a ladilucin y mantener la alimentacin a la planta. La cantidad de metal producido puede serreducida y el costo de oportunidad debe aplicarse a la porcin no minada del depsito.

4. DILUCION

Definicin.

El termino dilucin es rutinariamente utilizado por muchos operadores mineros, ypresente en los textos de minera, por lo tanto no es determinado en un modo idntico. Estageneralmente aceptado que la dilucin tiene una gran influencia sobre el diseo de mina, dehecho existen diversos mtodos para definir y recopilar informacin sobre la dilucin. Tabla1 resume las definiciones en uso derivado de una encuesta a 22 operadores de mina atravs de Canad. (Pakalnis, 1986). El termino desmonte en la tabla 1 y figura 1 se refiere a

la dilucin externa o dilucin no planeada , es decir no se esperaba ser minados, perforadosy disparados.

Tabla 1. Definicin de Dilucion (Pakalnis, 1986)

EQ 1 Dilucion =(Toneladas de desmonte minados)/(Toneladas de mineral minado)EQ 2 Dilucion =(Toneladas de desmonte minados)/(Toneladas de mineral minado +

Toneladas de desmonte minados))EQ 3 Dilucion =(Ley sin diluir in situ derivado de los taladros de perforacin.)/(Ley de

muestreo en el echadero)EQ 4 Dilucion =(Ley de reservas sin diluir)/(Ley de cabeza que llega a la planta para

el mismo tonelaje)EQ 5 Dilucion =(Tonelaje roto Tonelaje volado)/(Tonelaje volado).


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EQ 6 Dilucion =Diferencia entre el relleno actualmente posicionado y tericamenterellenado

EQ 7 Dilucion =Dilucin visualmente observada y ensayada.EQ 8 Dilucion =("x" suma de metros de rotura de la caja piso + "y" rotura de la caja

techo)/(ancho de mineral)EQ 9 Dilucion =(Toneladas dibujados desde los tajeos)/(tonelaje de reserva

calculada.) Sobre los ltimos diez aos.

(La dilucin es generalmente expresada en porcentaje)

Una revisin de la practica minera canadiense (Scoble et al. 1994) ha demostradoque las dos definiciones ms ampliamente conocidas son: EQ I y EQ 2 en la tabla 1.

La Figura 1 demuestra la sensibilidad de usar dos definiciones, adicionando lasobrerotura asi como una funcin del ancho de veta. Un cuerpo mineralizado cuyo ancho esde "n" metros desde la caja piso a la caja techo y tiene "n" metros of sobrerotura(profundidad de sobrerotura igual al ancho de veta) puede resultar en una dilucin del 100%empleando la ecuacin 1 y 50% empleando la EQ 2. De hecho la maxima dilucin que unopuede realizar por la ecuacin 2 es 100%. La diferencia relativa es menor que la dilucinminima, por esta razn es que E1 ha sido seleccionado y recomendado como una medicinestndar de dilucin


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5. DISEO DE MINA.

Para el diseo de minas modernas se emplea tanto el anlisis numrico como losmtodos empricos. En una encuesta comprensiva en las minas de ontario, Barclay and Kat(1989), demostr que los mtodos empricos son las herramientas de diseo ms populares.Dichas herramientas empricas son basadas en la experiencia local o en algn sistema de

clasificacin geomecanica. Tales sistemas pueden promover diseos econmicos y segurosy deben ser correctamente calibrados junto a los casos estudiados que representan lasaplicaciones futuras.

El nivel de dilucin para un metodo particular de extraccin se considera entre 10-30% y la tasa interna de retorno para proyectos de 10-20%. Los valores para dilucinempleados son largamente basados sobre el tipo de metodo, ancho de tajeo y/o experienciade la persona a cargo del estudio de factibilidad.(O'Hara, 1980).

Los metodos han sido disponibles para relacionarlo con los factores crticos deldiseo del tajeo a estiramientos son largamente basados sobtre los parametros criticosrelacionados, observados alrededor del tajeo. Los metodos de minado automatizados talescomo los open stopes estn ganando una gran cantidad de adeptos en las minascanadienses. Una dilucin aceptable es altamente depediente de la ley. Un tajeo de ley altapuede ser econmicamente explotable, consecuentemente un tajeo de baja ley con lamisma dilucin puede ser no factible Los mtodos de minado automatizados tales comoopen stoping pueden aceptar un cierto grado de sobrerotura sin exponer al personal minero.

De los metodos empiricos de diseo de open stopes, dos han adquirido unimportante incremento en los ltimos 15 aos, la "Dilucion aproximada" y el "Grfico deestabilidad grfica. Mientras ambos mtodos relacionan la clasificacin geomecanica,ellos difieren en que el grfico de estabilidad se refiere a datos coleccionados desdediversas operaciones mineras donde la dilucin aproximada se refiere a la informacincoleccionada desde una operacin.

5-A. Mtodo de estabilidad Grfica

Este es un mtodo emprico para disear tajeos abiertos propuesto por Mathews (1981), ymodificado por Potvin (1988) ingresando una mayor cantidad de datos de campo y fueaceptado en la industria. En esta forme el grafico de estabilidad relaciona un numero deestabilidad, N, al radio hidrulico de la superficie del tajeo estudiado, Figura 2.


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N= Q x A x B x C

N = Numero de estabilidadQ = Modificado Tunneling Quality Index (NGI) con stress reduction factor =1 after Barton,1974)A = Factor de esfuerzoB = Factor de orientacin de las diaclasasC = Factor de gravedad.HR = Radio Hidrulico = Area de la superficie/Permetro

El mtodo ha sido sujeto de un reciente trabajo por Nickson (1992), Hadjigeorgiou yLeclair (1994). Durante los ltimos tres aos una extensa recoleccin de datos fue tomado.En el grfico de estabilidad geomecanica mejorada tiene una base de datos de 228 casosdocumentados de tajeos sin soporte y 163 casos documentados con instalacin de cablebolting. La base de datos superior ha permitido una revalidacin cualitativa y cuantitativa delas lneas de estabilidad grfica. Mientras las lneas de diseo han sido refinadas por lotanto, el mtodo es considerado una herramienta de diseo valida.

El mtodo grfico de estabilidad por lo tanto es subjetivo (ie. "stable" versus "cave" )y requiere el uso de valores cuantificables el grado preciso de conservacin inherente esdesconocido. De otro modo el mtodo refleja un practica corriente, el cual puede haber

sido influenciado por practicas locales, peculiaridades de la geologa y peculiaridades queno constituyen necesariamente una metodologa de diseo optimo. La investigacin estasiendo conducida por los autores en cuantificar la estabilidad observada en trminos devalores de dilucin, por mtodos de encuestas y discusin subsecuente.


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5-B. Dilucin aproximada.

El mtodo de la dilucin aproximada para estimar las dimensiones de los tajeosabiertos, es producto de un esfuerzo conjunto entre la mina Ruttan de Hudson Bay Mining& Smelting Inc, CANNET y el Department of Mines of Manitoba (Pakalnis, 1993). El objetivo

general de este proyecto fue desarrollar lneas de estabilidad para el minado de largostajeos El parmetro mas critico para disear fue establecer despus de un anlisisestadstico y observaciones mostrado para un tajeo en particular, la dilucin resultante fuelargamente una funcin de la clasificacin del macizo rocoso RMR (Bieniaws4 1976), delradio hidrulico de las cajas, y la configuracin del tajeo (isolated, rib or echelon).

La figura 3 muestra la relacin las modificaciones dentro de los cuadros de diseo,ejemplo demostrado en la figura 4 para el tipo "isolated stope". El cuadro de diseo muestrala dilucin resultante empleando una relacion de exposicin igual a cero como esta definidoen la figura 3. El diseo "isolated stope" esta basado sobre 61 observaciones de dilucinestimados visualmente y por ensayos.

La figura 5 muestra la base de datos del tajeo original superpuesta con el mtodo

"Stability Graph" Es interesante notar que la zona estable sobre la figura 2 estageneralmente asociado a valores de dlucin de 0-5% y la zona "Caved Zone" tiene valoressuperiores al 15%. Por lo tanto, este mtodo esta largamente basado sobre ensayos,observaciones y tonelaje roto.


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6. Monitoreo de las cavidades.

Hasta hace poco, uno de los mayores problemas fue cuantificar la dilucin en lostajeos abiertos. El uso de sistemas lser han proporcionado una herramienta eficiente paradeterminar los volmenes de excavacin de una manera precisa (Miller et al. 1992). El

instrumento generalmente emplea un puntero lser (rangefinder) integrado con una cabezamotorizada, adems puede ser suspendido en un tajeo o insertado debajo de un taladrocuyo dimetro sea menor a los 20 cm. A travs de la rotacin calibrada del lser puededeterminar el volumen en el tajeo. Con esta herramienta es posible comparar los contornosplanificados del tajeo con el contorno real despus de la voladura. Esto favorece al ingenieropara calcular la sub rotura y la sobrerotura.

Pakalnis et al. (1995) report sobre el uso de los lser en la mina Detour Lake dondefue necesario desarrollar las lneas de gua para el minado de subniveles en retirada. Estecaso particular fue interesante en el cual la mina usaba el metodo narrow open stopes conanchos promedios de 5m. La dilucin es practicamente critica para este mtodo deexplotacin. (narrow stopes) como muestra la fig 6 donde el tajeo tiene mayor dilucin para

la misma produccin. El open stope en Detour Lake tiene un angulo de buzamiento deaproximadamente 70 con una longitud de 300 metros y una altura vertical de 100m conanchos entre 3 metros a 10 metros. El mtodo de minado de subniveles en retirada con un


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yacimiento aurfero comprendido de maficos competentes y material fracturado detalcoesquisto. El estudio se realizo por un periodo de dos aos con el objetivo principal dedesarrollar un mtodo de explotacin que incorpora las mximas dimensiones del tajeo conuna dilucin mnima. El mayor origen de dilucin esta mostrado en la figura 7. Un mejorcontribuyente a la dilucin fue el grado del nivel inferior resultante del desarrollo de lossubniveles individuales para propsitos de produccin como se demuestra en la fig 8. Entodas las instancias el undercut ha fallado a lo largo de la estructura paralela. Esto pudo

resultar en niveles de dilucin mayores al 5% solamente debido a la existencia delundercut. En adicin las irregularidades en la geometra del tajeo resulta en una sobreroturacomo se muestra en la figura 9


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El anlisis anterior solo fue posible con el uso de un sistema de monitoreo deexcavaciones. El sistema lser fue tambin empleado para verificar el mtodo "Dilucinaproximada.", Figura 3, el cual tuvo un error del 5%. Lo anterior ayuda a mejorar el anlisisde los efectos de incrementar las dimensiones de los tajeos y los beneficios que conlleva elincremento de soportes y el bajo costo de desarrollo. ( slots para la voladura).

Desde que los ingenieros cuantifiquen el nivel de dilucin resultante es posibleintroducir las modificaciones necesarias para los parmetros de planificacin tales como:dimensiones del tajeo, secuencia de minado, sistemas de soporte y otros parmetros acontrolar.


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7. Conclusiones

A pesar de que la dilucin es un concepto importante en minas subterrneas, esta hasido difcil de cuantificar. Consecuentemente se debe asignar un valor de costo a la dilucin.Este articulo discute las tcnicas empricas que han sido aplicadas en el diseo de mina, y elcontrol de la dilucin. La valides de estos mtodos mejora cuando los datos de campo soncalibrados, los sistemas de clasificacin del macizo rocoso y los sistemas de monitoreo lser

son ayudas valorables.

El hecho de escoger una metodologa para cuantificar la cantidad de dilucinproporciona al ingeniero el adecuado manejo de la relacin beneficio/costo paraimplementar diseos alternativos. El diseo alternativo puede incorporar una modificacin delas dimensiones del tajeo, diferente sistemas de refuerzo, una nueva secuencia de minado,elevar el ratio de produccin, y otras opciones para mejorar la rentabilidad de un proyecto.

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