MTODOS DE EXPLOTACIN SUBTERRNEASELECCIN MTODO DE EXPLOTACIN Tamao, forma y profundidad del depsito Aspectos fisiogrficos: topografa, clima, etc. Entorno geolgico y geoestructural del sector Propiedades fisicomecnicas de la mena y roca de caja Condiciones de aguas subterrneas y hidralicas zona Factores econmicos:- Precio- Ley de la mena- Costos de explotacin- Tasa de produccin- Capital existente, etc. Factores ambientales:- Preservacin flora y fauna- Aire y fuentes de aguaJos DelgadoMTODOSEXPLOTACIN SUBTERRNEACASERONESAUTOSOPORTADOSCASERONESSOPORTADOSCONHUNDIMIENTO Open Stopes (Caserones Abi ertos) Rooms & Pil lars (Caserones y Pil ares) Sublevel Stoping (Exp. por Subni veles) Cut & Fi ll(Corte y Rell eno) Long Wall (Frentes Largos) Square Set (Cuadros de Madera) Sublevel Caving (Hundimiento por Subni veles) Block Caving Panel Caving(Hundimiento Progresivo de Bloques) Explotacin selectiva en cuerpos reducidos Explotacin msiva y a gran escalaCostosMtodos SubterrneosMtodoExplotacinBlock CavingRoom and PillarsSublevel StopingSublevel CavingLong WallShrinkage StopingCut and FillCostoRelativo1,01,21,31,51,75,06,0RangoCostos4 12 US$/t10 20 US$/t10 25 US$/t15 25 US$/t20 30 US$/t30 60 US$/t35 70 US$/tOPEN STOPESAnlisis del Mtodo1. DESARROLLO & PREPARACION Acceso al depsito Desarrollo lateralNiveles principales (30 60 m)Chimenea laterales UE PreparacinChimenea centralPuente natural de menaChimeneas cortasEmbudosBuzonesAnlisis del Mtodo2. EXPLOTACION Bancos Derechos Bancos Invertidos3. CARACTERSTICAS MTODO Baja inversin inicial Preparacin reducida Poca mecanizacin M. O. abundante Ventilacin prcticamente natural Baja productividad: 2 10 t/h-turno Soporte nulo o mnimo Buena seguridad Costo de explotacin alto Requiere de leyes altas Poco selectivoLONGWALL MINING Metodo soportado para yacimientos tipo manto. Explotacin: Avance de un frente largo con perforacin/ tronadura o con cortadores mecnicos (cepillos). Sector explotado es dejado abierto o se controla su hundimiento.Longwall Mining en roca dura:minas de oro, cromo y platino en Sudfrica.Equipos EmpleadosRobolt XLPAxera XLPEJC 88 XLP loaderROOMS & PILLARSCampo de Aplicacin Mantos Buzami ento bajo a moderado ( 40 ) Potencias frecuentes: 2 a 20 m Casos excepcionales: 40 a 60 m Problemas de seguridad (estabilidad techo) Baja recuperacin Gran desarrollo lateral en plano horizontal No aconsejable en yacimientos muy profundos (H > 200 m) Exceso de sobrecargas Pilares de gran tamao Alta densidad de pilares Existencia de agua Inestabil idad de rocas Explotacin:Mena extrada CASERONESMena in situ PILARESSUB LEVEL STOPINGEXPLOTACIN POR SUBNIVELESn Explotacin en realcen Preparacin de la base Nivel de transporte (NT)n Ejecucin de subniveles de perforacin (SP)n Confeccin de cara libren Arranque en franjas verticales mediante tiros largos desde SPn Mena cae a fondo del casern Extraccin en NTn Retiro del mineral tronado con equipos mecanizadosn Yacimientos de gran tamao Caserones quedan separados por pilares y puentes mineralizados o son rellenadosCAMPO DE APLICACION- Cuerpos de gran buzamiento Mayor < reposo material Gravedad- Vetas de potencia 2 m y masas mineralizadas- Roca de cajas relativamente estables- Mineral competente- Lmites cuerpo mineralizado + - regulares2 30 mSHRINKAGE STOPINGn Explotacin por realce con almacenamiento de mineral en elcasern Cmara almacnn Vetas de poca potencia (< 2m) y manteo pronunciado (> 60)n Arranque por franjas horizontales en forma ascendenten Se extrae ~ 40 % del material tronado y el resto queda en elcasern plataforma de trabajon Mineral almacenado se extrae al finalizar explotacin casern queda vacon Mineral no debe ser degradable ni alterable fcilmenten No permite alta mecanizacin al interior del casernCUT & FILLCORTE Y RELLENOn Explotacin por realce generalmenten Arranque del mineral por franjas horizontalesn Mineral tronado se evacua totalmente del casernn Casern va siendo rellenado con material estril plataforma de trabajo y sostenimiento de paredesn Mtodo de alto costo aplicable a minerales de alta leyn Puede ser altamente mecanizado tanto al interior como en lamecanizado, base del casernn Mtodo muy flexible y de elevada selectividadSUBLEVEL CAVINGHUNDIMIENTO POR SUBNIVELESn Explotacin por rebaje mediante subnivelesn Subniveles forman una red de galeras que cubre toda la superficie del yacimienton Mena y roca estril de pobre competencian Cada galera perforacin de tiros en abanicos, hundimi ento del mi neral, carguo y transporte del mi neral a O.P.n Material estril hunde continuamente sobre el mi neral arrancadon Generacin de crter de subsidencia en superficien En cada subnivel se perfora, carga y transporta mi neraln Dilucin y prdidas de mi neral significativasn Alrededor de 20 % del mineral se extrae en los desarrollosEquipos EmpleadosBLOCK CAVINGPANEL CAVINGHUNDIMIENTO PROGRESIVO DE BLOQUESn Yacimientos muy grandes y masivosn Buzamiento >> que reposo materialn Gran extensin verticaln Estabilidad de mena pobre: socavacin inferior hundimiento y fragmentacin de rocan Perforacin y tronadura mnima socavacin inferiorn Mena se fractura y quiebra a si mismo por esfuerzos internos y gravedadn Mineral de ley relativamente baja o bajo valor comercial: diseminados de cobre y fierro.n Superficie permite la subsidencia crtern Produccin de grandes tonelajesBLOCK CAVINGPANEL CAVINGEQUIPOS EMPLEADOSSistemas de explotacin de minasn Mtodos subterrneos Mtodos por hundimiento Mtodo auto soportados Mtodos soportadosn Mtodos de explotacin a tajo abiertoMtodos auto-soportados: Caserones por subnivelesPerforacion radial Carguo:ScraperTransporte: CamionesCaserones y pilaresPerforacin usando SimbaCarguo usando LHDTransporte: camionesPerforacin usando perf. ManualCarguo usando scrapersTransporte: ferrocarrilMtodos de Hundimiento por subnivelesPerforacin usando Jumbo radialCarguo usando LHDPique traspasoTransporte: ferrocarrilesMtodos por hundimiento de bloquesPerforacin de la base usando Jumbo radial Carguo usando LHDReduccin secundariaPique traspasoTransporte: ferrocarrilesPique traspasoTransporte ferrocarrilesDefiniciones Bsicas Introduccin a Carguo y Transporte en minera subterrneaSemestre Otoo 2007Prof. Ral CastroContenidosn Definiciones bsicas en el diseo de minas subterrneas. Componentes de infraestructura Galeras Estocadas Rampasn Desarrollos verticales Chimeneas y piques Tolvasn Caseronesn Pilaresn Lozas Diseo mineroLa infraestructura en una mina subterrnea debe cumplir diversos roles:Permitir el acceso a unidades de explotacin (Caserones)Cumplir con funciones de Extraccin y Transporte de mineralCumplir con funciones de Ventilacin y drenaje mina Albergar oficinas, taller de mantencin de maquinaria, polvorines, refugios.Sus dimensiones deben ser mnimas por costos asociados (construccin y soporte)Componentes Infraestructura Minan Desarrollos Accesos principales (rampa, piques) Accesos secundarios Niveles/chimeneas de ventilacinn Preparacin Niveles de extraccin Niveles de perforacin Sistema de traspaso de mineral Chimenea slotAccesos principales usando rampaMina Panulcillo (2007) Accesos principales mediante piquesSystema de manejo de materiales Mount Isa Copper Operations Extraido de Carr and Krause L.E. (2005)Los accesos pueden ser : Socavones Piques verticales Chiflones o piques inclinados. Los desarrollos pueden ser : Desarrollo Productivo :Desarrollo Improductivo :Socavones : Es una labor horizontal o con una pequea inclinacin, que tiene slo una entrada.Es ms barato que construir un pique, es ms rpido, econmico y seguro.Piques Verticales : Es una labor que tiene una inclinacin superior a 45, y que puede usarse para la extraccin de personal y mineral.Posicin del Pique respecto a la veta .Al pendiente Interceptando la veta Al yacente Pique en el pendiente Ventajas. Desarrollo ordenado, buenos pilares de proteccin. Permite encontrar vetas paralelas Desventajas. Costo excesivo, debido al desarrollo en estril. Deslizamiento, al encontrar la veta. Se pierde estabilidad y el control del terreno. Se puede llegar a perder el pique. Pique Interceptando la Veta :Ventajas.Fcil acceso al yacimiento. Genera rpido el flujo de caja. El costo de desarrollo inicial es menor. El desarrollo es ms armnico en los niveles Desventajas. Problema de control del terreno Pilares de proteccin en mineral Alto costo de mantencin. Pique al Yacente : Ventajas. Tiene mayor preferencia. Seguridad y extraccin ms fcil aprovechando la gravedad. Ms econmico con respecto a los anteriores. Desventajas. A mayor profundidad, mayor ser el avance por estril. Galeras y tnelesGalera: tnel sin salida al sol, que conecta sectores dentro de la mina.tnelTechocajaPisoDrenaje (puede existir slo uno)Carpeta de rodadoPendienteDimensiones en una galera0.5 metros0.5 a 1 metroArt. 368Dimensiones de acuerdo a equipos y legislacinSi la galeras es de mas de 100 m de largo ubicar refugios cada 30 m si 0,5 m de ancho de equiposEn el diseo de galeras se deben considerar holgurasJos DelgadoJos DelgadoConstruccin de galeras en rocaTiros de RainuraZapaterasContornoAuxiliaresFactores a considerar:Perforacin: Diametro/equipoEspaciamiento y burdenTronadura: explosivo Costos construccinGrficos empricos numero de perforaciones para diferentes seccionesGrficos empricos factor de carga para diferentes secciones y tipos de rocaKg/mrea de la seccinCostos de Construccin SECCION 5 x 4.5 mAvance estimado mavance/mperforados 3Toneladas 168numero requerido Valor mes Avance (m/dia) 4.11. Mano de obra numero US$/mes dias/mes US$/turno Avance (m/dia) US$/mCapataz 1 1500 24 62.5 4.41 15.24Operador Jumbo 1 1500 25 60 5.41 14.63Op. Cargador Frontal 1 1300 25 52 4.10 12.68Op. Camion 2 1200 25 96 4.10 23.41Op. Utilitario tronadura 1 1000 25 40 4.10 9.76Ay. Utilitario 1 700 25 28 4.10 6.83Mineros 2 800 25 64 4.10 15.61Total Mano de Obra 98.22. Equipos Costo unitarioCosto Equipos US/Hr US/mJumbo Rocket Boomer 282 41.6 54.8Cargador Frontal 3.8 m3 37.7 47.2Camion 21.0 26.3Utilitario Explosivos 14.3 23.5Total Costo Equipos 151.82. Costo Material es Costo unitario Vida util2.1 Aceros US$ m US/m US/mBarras 13" 215 2076 0.10 6.89Culatin r38 190 2749 0.07 4.60Bits 2,5" 40 266 0.15 9.99Coplas 50 3528 0.01 0.94Corona 125 338 0.37 0.43Adaptador Piloto 105 312 0.34 0.39Total aceros 23.242.2 Explosivos US$/unidad US$/mAnfo 0.65 US$/kg 23.5Tronex 0.54 US/unidad 7.5Detonador a mecha 0.17 US$/m 0.6Nonel 1.91 US$/unidad 35.7Cordon detonante 0.22 US$/m 1.3Costo Explosivos 68.5Costo Materiales US$/m 91.72.3 Fortificacion (perno + malla sistematico) 206 US$/m 206Servicios Mina 1.5 US$/ton 84.2Subcosto galera US$/m 631.9Imprevistos (12% costo) 75.8Costo construccin us$/m 708Costos de labores (US$/m)Desquinches en GalerasPlantaCorte transversalIsomtricoDesquinche en una GaleraDesquincheLos desquinches se utilizan para permitir el paso de equipos interior mina:Ancho= ancho equipo a operarLargo = funcin del largo del equipoForma de galerasS1= A ( H - A / 2 )S2= A2 / 8Seccin Total= S1+ S2AHRadio de Giro internoRadio de Giro externoRadio de Giro medioForma de las galeras esta dada por dimensiones de equipos y estabilidad Rampa de accesoRampa en 8Rampa CircularRampa ElpticaGalera de acceso a distintos niveles:Puede ser circular o en 8.Pendiente dada por equipos:-10-12% camiones-15% correasEstocadasPlantaIsomtricoEstocada DiagonalPlantaIsomtricoEstocada PerpendicularGaleras cortas para distintos usos:-Conectar galeras-Almacenamiento mineral-Punto de carguo-Refugios para personalPreparacin de la base de un casernSubniveles de PerforacinNivel Base (Carguo de Produccin)Chimenea de VentilacinSubnivel de VentilacinPunto de descarga a piqueChimenea o pique de TraspasoDescarga (Buzn)ZanjaCasernGalerade ZanjaEstocada de CarguoNivel de Transporte PrincipalDesarrollos verticalesArt. 386: Topes o parrilla 50 cm. Sobre el piso en chimeneas de traspasoChimeneas de TraspasoChimenea de VentilacinPique: galera vertical o sub vertical de secciones variables, construida desde arriba haciaabajo, pudiendo o no romper en superficie. Segn su funcin se le asignan nombres. Puedentener ms de una funcin (pique maestro).Chimenea: excavacin o galera vertical o sub vertical de secciones variables, Segn el artculo335 no se deber construir chimeneas que desemboquen en medio de la seccin de un tnel ogalera, por lo que su descarga tendr que ser por un costado de dicha excavacin. Segn elartculo 339 las chimeneas construidas manualmente no podrn superar los 50 metros de longitudsi son verticales y para construcciones sub verticales se tiene la siguiente tabla:Tolvas de almacenajeChimeneas de TraspasoDescarga a BuznNivel de Transporte PrincipalSilo o Tolva4 metrosDimetros:8 a 10 mTolvas interior mina de Acopio mineral para resguardar produccin:Interior mina (1 dia produccin)Stockpile (1 mes de produccin)Pilares en mtodo de caserones y pilaresDimensiones de pilares y techos determinadas por estabilidad/recuperacinabPilarPilares en caseronesPilares entre CaseronesPilares entre estocadasCASERNAccesos en Pilares entre CaseronesPilares entre caserones 20-25 mPilares y lozas en nivel de transportePilares entre EstocadasLosa de seguridad entre caseronesCasern SuperiorCasern InferiorEspesor de las lozas 20-25mPilar entre estocadas 7 -10 mSub Level CavingOperaciones Unitarias SLC Se utiliza en cuerpos mineralizados con orientacin vertical y alta potencia mayor a 40m La roca de caja es de baja competencia y la roca mineral competente a mediana Se explota por subniveles donde se realizan en ciclo las operaciones unitarias de perforacin, tronadura, carguo y transporte Consiste en hundir la roca de caja y la pared colgante de esta manera el mineral queda en contacto con el estril facilitando el acceso de LHDs a travs de las galeras de produccin Productividad 4000 a 20000 tpd Costo 7-12 $/t Dilucin es alta hasta un 15% Recuperacin 75%Caractersticas del Mtodo de Explotacinn Mtodo descendente, facilita la entrada en produccinn Es flexible, permite adaptarse a la geometra del cuerpo mineralizado, incorporando otros sub nivelesn Selectivo, permite extraer solamente el esponjamiento en zonas de baja leyn A partir del manejo de la fragmentacin del mineral se puede disminuir el % de dilucinn Rock Factory, permite avanzar en diferentes operaciones unitarias a la vez en diferentes nivelesn Riesgo es controlado ya que cada abanico de perforacin contiene del orden de 1500 -2000tn Es seguro ya que se trabaja bajo techo fortificadoModelo Clsico de SLC Operaciones Unitarias Perforacin de produccin Produccin Carguo de explosivos Preparacin El mineral es fragmentado por perforacin y tronadura mientras el techo de la explotacin y la pared colgante se fragmenta y hunde por accin de los esfuerzos inducidos Mtodo descendente que se trabaja por niveles El estril rellena continuamente los espacios dejados por el mineral fragmentadoConceptos Bsicosn El material de sobre carga debe hundir en forma continua de modo de confinar el mineral a tronarn Una vez que el mineral es extrado este suele ser reemplazado por material estril de sobre cargan Debido a que mineral y estril se encuentran en movimiento hacia el punto de extraccin existe mezcla entre mineral y estril el cul define la ley de produccinn El diseo y la programacin de la produccin debe ser tal que maximice la extraccin de mineral sin diluirDiseo y Flujon El mtodo de explotacin se basa en que el mineral est constantemente interactuando con el estril hundidon Los sub niveles de produccin se desarrollan transversal al cuerpo mineralizadon En cada sub nivel en la pared colgante se desarrollan chimeneas de cara libren En la pared pendiente se socavones de acceso que conectan a piques los cuales concentran la actividad de transporte en un nivel de transporte generalmente con trenes y camiones.Dilucinn El punto de entrada de la dilucin define la recuperacin de reservas y por lo tanto impacta el plan minero y el negocio sustentado por esten Los diseos tradicionales de SLC se basaron en la teora de silos reportando un porcentaje de entrada de la dilucin de 20-40 %n La dilucin acumulada de este mtodo es del orden de 30-50% con factores de ley de un 60%Modelo de Dilucin Tradicional, Kvapil (1982)Comparacin en los Diseosn Excavaciones pequeas y ampliamente espaciadas que tienden a generar alta dilucin y baja recuperacinn Excavaciones anchas de baja altura que permita realizar un carguo de la pila de mineral uniforme y un espaciamiento adecuado para lograr interaccinn Se prefieren cruzados de produccin transversales los cuales reportan mayor flexibilidad al tener una mayor cantidad de puntos de extraccin y menores distancias de acarreoModelo Mejorado SLCn Reporta porcentajes de entrada de la dilucin de 40-70%n Dilucin acumulada de 15-30%n Factores de ley de 70-80%Fundamentos de la Nueva Teoran La manera de realizar la extraccin es uniforme entre calles de produccin de un mismo nivel de produccin, lo cual permite inducir una zona de baja densidad la cual facilita el flujo uniforme de material n El material estril se compacta debido al peso de la sobre carga y la tronadura del mineral, por lo tanto la dilucin lateral es significativamente menor a lo predicho por modelos de arenaGeometra de Elipsoide de Extraccin como Funcin de la Extraccinn La extraccin uniforme de calles de produccin contiguas permite que se erosionar con mayor energa la zona entre calles de produccin, produciendo una gran zona de baja densidad la cul facilita el descenso uniforme del material estril de los niveles superioresFragmentacin Variable en la Columna de Extraccinn La variabilidad de fragmentacin en la columna hace que se produzcan colgaduras internas de mineraln Tiraje interactivo inducir a una mayor frecuencia y tiempo de colgadura facilitando la entrada de la dilucin de las zonas que presentan una alta densidadn Se debe controlar la extraccin inicial de la columna de modo de generar suficiente roce entre partculas de mayor tamao de modo de mitigar la probabilidad de colgaduran El control de extraccin es fundamental Diseon Los cruzados de produccin se deben espaciar de acuerdo al grado de interacin deseado, utilizar reglas de flujon El espaciamiento entre niveles lo condiciona las capacidaded de perforacin, hasta 30mn El dimetro de perforacin debe ser el mximo posible para evitar desviaciones y asegurar un burden adecuado (115mm).n Define el burden de acuerdo a B=20Dn La razn entre espaciamiento mximo y burden es 1.3 para lograr la fragmentacin y la compactacin adecuada de la rocaEjemplos de DiseoEjemploMulfura MineKiruna MineAbanicos Verticales vs inclinadosn Mejor induccin del flujo al existir una componente horizontaln Se retrasa la entrada de la dilucinn Se facilita el acceso a cargar los anillos de tronaduraCurvas de Dilucin del Mtodo PropuestorocapppSrocappSCampo de esfuerzos presente en el macizo rocosoCampo de esfuerzos actuando sobre el pilarResistencia del pilarrocapppSrocappSCampo de esfuerzos presente en el macizo rocosoCampo de esfuerzos actuando sobre el pilarResistencia del pilarppSfsFactor de Seguridad del Diseo Factor mayor a 1 La tendencia actual es calcular la confiabilidad del diseo) (p pf S P Aproximacin probabilstica al diseo de minasn GSI (Geologic Strength index), ndice geolgico de resistencian GSI=RMR(76)Resistencia de Macizo Rocoson Criterio de Hoek and Brown (1980, 1995)acib cis m

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+ + '3'3'1ci

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28100expGSIm mi b5 . 09100exp

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aGSIs20065 . 00GSIas GSI >=25 GSI