Plat ica de Metodos de Explorac ion y Hundimiento de Subniveles

Introducción

SLC es un metodo masivo de minado basado en la utilizacion del flujogravitacional del mineral disparado y del desmonte derrumbado.

SLC es la evolucion natural del tajeo por subniveles. El block caving, en cambio es el siguiente paso en el aumento de escala del SLC.

En la primera aplicacion del SLC, el mineral no era perforado ni volado,pero ciertas partes eran rotas por hundimiento inducido(de ahi el nombre de hundimiento por subniveles).

Actualmente , el metodo se ha adaptado a rocas competentes que necesitan ser perforadas y disparadas; sin embargo, las cajas son las que se derrumban.

Ventajas

Es un método seguro. Las dimensiones de la galería delo mas 5m ancho y 4 m de altura

producción son a

Alta mecanización: debido a la independencia de las operacionesunitarias.

Tiene un costo deproducciónbajo.

relativamente

Desventajas

Alta dilución

La perforación y voladura debe estarmuy bien controlada, para poderobtenermineral

adecuados fragmentos deque permitan el flujo

gravimétrico.

Perdidapasivas

de mineral en las zonas

Alto costo de desarrollo(subniveles,rampas, chimeneas y ore passess)

Subsidencia y daño a la superficie

Se deben determinar muy bien losparámetros del flujo gravimétrico

En SLC, todo el mineral debe ser fragmentado para poder utilizar el flujogravimétrico.

El estado en que queda el mineral después de ser volado«coarse material»

es llamado

Este material se caracteriza por tener diferentes formas y tamaños

la distribución del tamaño depende de la malla de perforación y lavoladura

Este material puede ser muy heterogéneo pero podemos asumir 4 tipos básicos.

Clasif icación de los materiales gruesosAngu lo para el t ransporte gravi tacional

indicando los

• Tipo I. importante cantidad defragmentos esféricos maso menos delmismo tamaño y forma.

• TipoperoTipo

II. Materiales del mismotamaño

diferente forma.• III. Material compuesto porfragmentos grandes, granos y arenas.Tipo IV. Es una mezcla de materiales grandes, granos, arena o polvo de roca, arcillas, etc.

•

• GF. Rango para el transporte porgravedad

• El mineral volado y el desmontepertenece al tipo III y IV.

Principios del flujo gravitacional

La teoría del flujo gravitacional fue dadapor Kvapil y Janelid (1956)Para construir silos eficientes era necesario conocer los principios del flujo gravitacional del material almacenado.El flujo gravimétrico en SLC es mucho mas complejo que el flujo en los silosLa geometría y dimensiones del SLC no pueden ser seleccionadas aleatoriamente, sino deberían ser planeadas con respecto

a las leyes del flujo gravitacional demateriales gruesos.

Debemos darnos cuenta que el flujoes de

gravitacional de materiales gruesoscompletamentelíquidos.

diferente al flujo

Factores que controlan el flujo gravitacional

El flujo gravitacional se puede demostrarde una manera sencilla , en un recipientetransparentehorizontales negra(Kvapil).

rellenoarena

con capasde blanca y

Para la simulación del flujo gravimétrico seuso el modelo mas sencillo. Este es un silocon el eje de la apertura de extraccióndebajo.La apertura de extracción en el modelotiene las mínimas dimensiones quepermitan el flujo continuo de material

La inclinación de la parte inferior no tiene influencia en el flujo gravimétrico

Esta fig. muestra una fase de extracción masavanzada.

La deflexión de las capas horizontales indica la zona activa.

Las zonas con las capas inalteradas sonlas llamadas zonas pasivas.

si unimos los limites de zona activa, se observa

•

•

una forma muy parecida a una elipse, que si lavemos en el espacio seria un elipsoide derevolución

La forma elíptica se introduce como unasimplificación para un mejor análisis matemático.

Después de la extracción de cierto volumen,el material remanente reemplaza estaperdida por su desprendimiento. formandoun elipsoide de desprendimiento.Hay un relación entre el volumen de material extraído y el elipsoide de desprendimiento.

El tamaño y la forma de este elipsoide seincrementa con el volumen de material.Dependiendo de las propiedades del material este elipsoide desprendimiento puede tener entre 14 y 16 veces el volumen del material extraído.Por los patrones observados en el modelo, no es posible definir la forma ni el volumen

de la zona de donde el material a sidoextraído.

Solo sabemos que si extraemos ciertacantidad de material se formara un elipsoidede desprendimiento

Bajo estas condicionesEs obvio que la velocidad en el contorno delelipsoidevelocidad apertura. Podemos

desprendimiento es cero, y que laes mayor en el centro de la

hacer un análisis para determinarla distribución de velocidades.

Luego podemos encontrar zonas quetengan la misma velocidad, la línea que unelos puntos con una misma velocidad forma en el plano un elipse y en el espacio un elipsoide de misma velocidad.

Evidentemente, la forma de las zonas deflujo gravitacional esta controlada por unaespecifica distribución de la velocidad de

demovimiento, resultando en elipsoidesmisma velocidad.Por lo tanto, no solo la zona de

undesprendimiento tiene forma deelipsoide, sino que también la zona desdedonde se extrajo el material descargado, a esta zona se le conoce como elipsoide de extracción.

El elipsoide de extracción es definido como: la superficie que se genera alunir ciertos punto que alcanzan simultáneamente la salidaLa existencia de un elipsoide de extracción puede ser demostrado por varios métodos diferentes. Una posibilidad es hacer un modelo tridimensional donde se coloquen ciertas marcadores en el material granular bajo un patrón determinado.La posición original de los marcadores es conocida antes de la extracción, los marcadores extraídos junto con el material extraído definirán el elipsoide de extracción.

El método de usar marcas a sido usado para determinar el elipsoidede extracción así como también toda la zona activa en silos.Una evidencia masa continuación

practica del elipsoide de extracción se muestra

Escon

evidente que,la extracción

del de

completaelipsoideextracción. Se formaun embudo . El

estevolumenembudo volumen elipsoide

dees igual al

del de

extracción

Para cierta altura ℎ , se dan las siguientes relaciones.

Estas relaciones , sonfemémonos envueltos

la base para entender, explicaren el flujo gravimétrico.

y justificar los

Asumiendomisma excentricidad

la

para los 2elipsoides .

Ahora para la misma altura de extracción, el elipsoide de extracciónpuede tener diferentes volúmenes para diferentes materiales, ya que laexcentricidad del elipsoide depende de la fragmentación del material.

La excentricidad tambiéndepende de la formapartículas(esféricas, irregulares),rugosidad

de las

de lasde de

partículas, Angulofricción, densidad, radioextracción,resistencias partículas.

humedad,de las

Todo estoscierto

factores resultanen un comportamientoque puede ser expresado entérminos dematerial.

la movilidad del

A mayor movilidadelipsoide,

masexcéntrico el

A menor velocidad mas anchoes el elipsoide.

Aplicación al S L C

La geometría del SLC es similar a la de unextracción sino en la

silo con una apertura delocalizada no en la parte inferiorpared del silo

La zona de flujo gravitacional es cortada porla pared vertical

Es decir el elipsoide de extracción yladesprendimiento

pared verticales cortado por

Ele eje del flujo gravimétrico estadesviado de la pared un Angulo ∆

El ángulo ∆ se incrementa cuando lafricción a lo largo de la pared seincrementa

Omitiendo asumir que

esta desviación podemosel eje del flujo gravimétrico

coincide con la pared

En las descripciones anterioresasumimos que el material debía serdescargado por una apertura de anchomínimo que permitía el flujo continuo.

En SLC el ancho de la apertura dedescarga esta dada por el ancho de lagalería de producción que es muchomayor que la apertura mínima

Vemos que la parte central se muevecomo una columna, este tipo demovimiento se llama flujo de masa

En SLC la apertura en el techo tiene laforma de un slot y su longitud teórica seria ladel ancho de la galería. En este caso

Forma simplificada dela zona de extracción creada en el SLC seria un elipsoide que consiste de 3 partes:

Flujo de masa B

Flujo gravimétrico normal A

Mientras mas incrementamos el ancho de la apertura mas aumenta elancho del elipsoide de extracción y por lo tanto el volumen de la zona de extracción

También se incrementa el volumen de material sin diluir que se puede extraer ya que el embudo de salida alcanzara la apertura

mas tarde.

Debemosextracción galería de del techo

Si el techo

decir que el ancho efectivo deno solo depende del ancho de laextracción sino también de la forma

es arqueado se formara un cono quenos dará un ancho efectivo de extracciónpequeño. Que no es deseable.

Si el techo es horizontal(o un poco arqueado) el mineral volado formara un prisma en la galería,

por lo tantogalería

se utilizara casi todo el ancho de la

Esta figura indica el ancho efectivo de extracción como unporcentaje del ancho de la galeríatecho

en función a la forma del

Una correcta extracción demineral no solo depende de unancho grande de extracción, sino también de un adecuado grosor de la zona de salida.

• Este grosor dependeel talud.

de cuanto pueden penetrar los cargadores en

• Si la penetración es pequeña el grosor de salida es pequeño y solouna pequeña parte de la altura deextracción

la galería seria utilizada para la

De acuerdo a la teoría dede un un

rankinemáximos material ángulo

las trayectoriasesfuerzos en

están inclinadosde la vertical

es el ángulo natural de∅rasposo

El punto 2 representa laintersección de las trayectoriasdesde el punto 3

Si vamos extrayendo material, el Anguloteóricodel talud alcanzara el limite

establecido por la línea 2-3

Esto es donde el FS es igual a 1

Lógicamente para usar la alturacompleta de la galería la profundidad depenetración debe ser

la profundidad de penetración de loscargadores son aproximadamente entre1 y 1.3 m mucho mas pequeño que laprofundidad teórica x

Por ejemplo si la∅ = 35 ℎ = 3ecuación x = 2.7mmenores que esta.

la profundidades son

Esto quiere decir que solo una parte de la altura de la galería seráutilizada(e).

Este ángulo no es constante, el talud puede variar entre los puntos 1

y2, Esto quiere decir que el pie del talud puede estar

muy cerca a 2. Mientras mas cerca el talud este del plano 32 se

estará ante uninminente fallo. Por lo tanto, por razones de seguridad, es útil definir elAngulo del plano 32 y inducir la falla del talud antes de llegar a condiciones limites

Como se ha mencionado el elipsoide de extracción ( para una aperturamínima) no tiene la forma exacta de un elipsoide sino mas bien tiene la parte superior mas ancha

Para materiales muy finos esta diferencia es mínima

El cambio de forma es muy notorio en SLC ya queapertura de extracción grande hay muchos otros voladura, que se realiza contra el desmonte.

además de tener unafactores debido a la

tiene el frente es demasiado rugoso, hay altafricción, entonces el elipsoide estarádesviado de la vertical.

Esta desviación depende de la altura delestasubnivel. Para un altura de 11 m

desviación puede ser 1m

Entonces la forma extracción será :

del elipsoide de

Estudios de laboratorio y pruebas in -situ

Investigaciones para saber la forma delelipsoide de extracción han sido desarrolladasen modelos de laboratorio y pruebas in situ

Cada uno con sus ventajas y desventajas

En el laboratorio no se puede simular lascondiciones naturales perfectamente

Y en el campo es muy laborioso y caro.

Estos análisis sugieren 2 formas del elipsoide

Para razones ingenieriles es suficiente conocer la forma, pero es insuficiente para desarrollar una teoría explicita.

Aunque la diferencias son pequeñas se puede diferenciarlas

Guía de diseño practicoLa parte mas importante del diseño de unSLC es la determinación geométrica delminado que tendrá que satisfacer lo mas quese pueda los parámetros del flujogravitacional.

Primero tenemos que determinar el ancho y elespesor del elipsoide de extracción para unadeterminada altura.

Actualmente no existen métodos explícitospara calcular los parámetros debido a laheterogeneidad de los materiales y lo diversosfactores envueltos en el flujo gravimétrico.

Se darán ciertas formulas empíricas queservirán como una pauta

Dimensiones del el ipsoide de extracción

Ya hemos visto que la excentricidad del elipsoide aumenta con la altura de extracción y la granulometría del material.

Para una misma fragmentación el flujo gravitacional de un materialmuy denso(magnetita) será mas esbelto que el de(calcopirita)

Para eliminar el factor del tamaño de la apertura

uno menos denso

de extracción, los modelos de investigación,pruebas in situ y observaciones en lasoperaciones de SLC se usaron para determinarun ancho teórico aproximado W’ del elipsoide de extracción, asumiendo la extracción a través un ancho mínimo

Asumiendo una fragmentación normal de mineral,el ancho teórico mínimo de la apertura1.8m

es aprox

El ancho teórico W’ del elipsoide de extraccióncorrespondiente a una altura ℎ de extracción semuestra para minerales de alta y baja densidad.

El ancho efectivo de extracción es normalmentemas largo que el ancho mínimo, y por lo tanto,ancho total W del elipsoide de extracción enSLC serán mas grandes que los mostrados.

elel

Una aproximación del ancho total W y de lapotencia del elipsoide de extracción para unaaltura dada ht se puede calcular por lassiguientes formas empíricas.

Espaciamiento vertical entre subniveles

Las galerías de producción en el SLC deben estar localizadas bajo ciertopatrón conforme al flujo gravitacional.

Las galerías de extracción deberían estar ubicadas en la zona donde el

elipsoide de extracción tiene su ancho máximo

Esta altura indica aproximadamente la distancia

. Esto ocurre a

entre subniveles.ℎDespués de la extracción, un pilar con forma

triangular queda en la parte superior cubierto por una zona pasiva con mineral remanente que puede ser parcialmente recuperado desde el nivel inferior

Por lo tanto la altura de extracción estadefinida por la distancia entre el piso del nivelinferior y el punto A

Espaciamiento hor izontal entre galerías

Necesitamos determinar el ancho del elipsoide de desprendimientoen una sección horizontal justo al nivel donde el elipsoideextracción tiene su ancho máximo

Asumiendo que las relaciones y principiosdel flujo gravitacional son aplicadas al SLC, el ancho total del elipsoide de extracción es un 60 a

65% del ancho del elipsoide de desprendimiento.

Ancho de la tajada burden (b)

En SLC convencionales se tiene la siguiente

≤ ℎLo que significa que la geometría básica

cuadrado o se desvía ligeramente de ella

relación

tiene la forma de un

Una guía aproximada para el espesor de una tajada tronada en elfrente de un subnivel es :

Incl inación del frente

El frente es usualmente vertical o inclinado 80 grados

Esta inclinación no solo es favorable para la perforación y cargar lostaladros sino también para minimizar la dilución

Con un frente vertical el elipsoide de extracción penetra en eldesmonte.

La inclinación del frente cambia laforma del flujo gravimétrico y elelipsoide será mas delgado.

Extracción y di lución

Se muestra El procesofunción del volumen de

Teóricamente la mejor

ideal de dilución desarrollado en SLC como unamineral y el volumen total extraído.

extracción 100% esta definida por la línea OA.imposible en la practica.

La extracción optima puede tener diferentes valores dependiendo de los factores económicos.

En la fig. asumimos que la extracción paradespués de extraer 110% del volumen del tajeo

Como una guía para la evaluación de la extracción (asumiendo unaextracción de 110 % de material) se puede usar las siguientesclasificaciones:

Clase

Clase

Clase

I: la extracción es buena mineral 80% y desmonte 30%

II; la extracción es aceptable mineral 75% y desmonte 35%

III: la extracción es pobre mineral 65% y desmonte 45%

• La dilución total se puede definir alporcomienzo

ejemplodel proceso de dilución.

• Si depuse de extraer 71% de materialtenemos 60% de mineral, podemos

extraídoesperar que cuando hayamos120% de material 77% sea de mineral

Ejemplo de apl icación

Determinar la geometría aproximadasiguiente información:

para un SLC tradicional, dada la

Ancho del subnivel = 5Altura del subnivel ℎ = 3.5El mineral volado tiene alta densidad

Forma del subnivel: techo plano

La altura del elipsoide de extracción se estima que es ℎ = 21

Calculamos en el ancho efectivo deextracción que esta en función de la forma del techo.

= 0.7 = 50.7 = 3.5El ancho teórico W’ del elipsoidede extracción para una altura ℎ =21’ = 6.8Ancho del elipsoide de extracción≤ 6.8 + 3.5 − 1.8 = 8.5

d ≤ 8.5/2 = 4.25Espaciamiento del burden4.25/2 = 2.12 =

La altura hs es aproximadamente

ℎh

= 2/3 ℎ – 1,5= 12.5Ya que la altura total de extracción esℎ = 21 > 18 entonces elespaciamiento horizontal será

< /0.65 < 13.07Para una mejor extracción es favorableque las zonas de desprendimiento se intersecten por lo tanto= 12

Debemos enfatizar que las formulas que hemos usado para ladeterminación de la geometría han sido calculadas asumiendomuchas simplificaciones y solo deben servir como guía.

Como un diseño preliminar de la geometría