MÉTODO DE EXPLOTACIÓN:
HUNDIMIENTO POR BLOQUES
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ÍNDICE
INTRODU INTRODUCCIÓ CCIÓN N .................................. ................................................... .................................. ................................... ................................... .............................. ............. 3 OBJETIVOS OBJETIVOS DEL TEMA.................................. .................................................... ................................... .................................. ................................... .................... 3 HUNDIMIENTO POR BLOQUES ............................................................................................ 3 1.
JUSTIFICACIÓN Y ANTECEDENTES. ............................................................................ 7
1.1. JUSTIFICA JUSTIFICACIÓN CIÓN................................. ................................................... ................................... .................................. ................................... ......................... ....... 7 1.2. ANTECED ANTECEDENTE ENTES: S: ................................. .................................................. ................................... ................................... ................................... ...................... .... 8 2. VENTAJA VENTAJAS S DEL MÉTODO DE BLOQUES HUNDIDOS: .................. ......... ................... ................... .................. ............ ... 9 3. DESVENTA DESVENTAJAS JAS DEL MÉTODO DE BLOQUES HUNDIDOS HUNDIDOS ................... ......... ................... .................. ............... ...... 9 4. DESARROLLO Y PRODUCCIÓN .................................................................................. 10 4.1. ARRANQUE ARRANQUE .................................. ................................................... .................................. ................................... ................................... ............................ ........... 12 .................................................... ................................... ............................... ............. 12 4.1.1 PERFORACION Y VOLADURA ................................... 4.2. MANEJO DE MINERAL ................................................................................................. 21 4.3. VENTILAC VENTILACIÓN IÓN ................................. ................................................... ................................... .................................. ................................... .......................... ........ 22
4.4. FORTIFICA FORTIFICACIÓN CIÓN ................................ .................................................. ................................... .................................. ................................... ....................... ..... 23 5. DETERMINACIÓN DE HUNDIBILIDAD ......................................................................... 23 ESTRATEGIAS DE HUNDIMIENTO O SOCAVACIÓN ........................................................ 25 5.1. HUNDIMIENTO CONVENCIONAL ................................................................................. 25 5.2. HUNDIMIENTO PREVIO ................................................................................................ 27 5.3. HUNDIMIENTO AVANZADO .......................................................................................... 29 5.4. METODOLOGÍA HENDERSON ..................................................................................... 30 CONCLUSIONES DEL TEMA .............................................................................................. 32 BIBLIOGRA BIBLIOGRAFÍA FÍA ................................. .................................................. ................................... ................................... ................................... ............................... ............. 33
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INTRODUCCIÓN Este método se refiere a un sistema de minería en masa en el que la extracción depende en gran parte de la gravedad. Removiendo una delgada rebanada horizontal en la base del bloque, el soporte vertical de la columna se elimina y el mineral continúa rompiendo y hundiendo por gravedad. A medida que se extrae mineral por el nivel de minado, el mineral que está encima sigue rompiendo y hundiendo por gravead. El término de hundimiento por bloques se usa hoy en día para todo tipo de minería que utilice el hundimiento por gravedad, aunque este no se realice por bloques rectangulares. El hundimiento por bloque es el sistema de explotación subterráneo más barato de todos.
OBJETIVOS DEL TEMA
Comprender la concepción y operatividad del método hundimiento por
bloques. Explicar las características diferenciadoras y singularidades de este método. Comprender como se realiza la explotación en este e ste caso. Conocer la geometría del método. Teoriza Teorizarr los diferentes métodos de hundimientos existentes Comprender la maquinaria y los elementos necesarios para desarrollar la
explotación con este método. Conocer cuáles son las ventajas y desventajas.
HUNDIMIENTO POR BLOQUES Este método consiste en arrancar un bloque de mineral en un yacimiento de grandes dimensiones por hundimiento del mineral, que se va sacando por la base del bloque. Se empieza por dividir el yacimiento en grandes bloques cuya sección horizontal es generalmente superior a 1000 m2. En la base abre una gran roza horizontal, con lo que se le quita a la masa mineral su apoyo. Se prepara la masa con una red de galerías y chimeneas entrecruzadas en el muro. La roza permite al mineral fracturarse y hundirse. La zona de fractura sube progresivamente en toda la masa. A medida que progresa el hundimiento, la fragmentación mejora, el mineral se quebranta y así puede cargarse en la base, en los numerosos puntos de carga.
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Figura n°1.1 Esquema de hundimiento por bloques.
El método necesita para su aplicación, además de unos yacimientos muy grandes y potentes, las condiciones siguientes:
Un mineral que hunda y fragmente naturalmente bien, una vez socavado en su base. Un muro bastante resistente, ya que toda la infraestructura de la explotación se perfora en él. Una superficie sin problemas para poderla trastornar con fuertes grietas y simas.
La aplicación más corriente de este método es en los grandes yacimientos de minerales de hierro o de minerales pobres muy diseminados en zonas desérticas y aisladas. Para la preparación del bloque a hundir se empieza por perforar una serie de galerías de carga dispuestas según un esquema regular; estas se enlazan con la base del bloque, o con la roza, con embudos y chimeneas. Estas galerías sufrirán fuertes presiones. Todos los trabajos se deben terminar antes de cebar el hundimiento.
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Durante la producción o hundimiento no se perfora, salvo para romper algún bloque de demasiado tamaño. Para conseguir recuperar bien el mineral y evitar la mezcla con estériles es preciso conseguir que la superficie superior del bloque que se hunde forme un plano continuo. Para ello se necesita un control riguroso de la cantidad de mineral que se saca en cada punto de carga inferior. La fragmentación se realiza naturalmente y los atascos pueden causar problemas muy serios y pérdidas de mineral y ensuciamiento (dilución) del mismo. En el estudio de la calidad del macizo es útil el parámetro de calidad de roca (RQD). Los ensayos en probetas para determinar la resistencia a la rotura no son tan interesantes como el conocer la condición del mineral para fragmentarse en trozos pequeños. Para ello debe estudiarse la disposición de cruceros, juntas y planos de estratificación. No debe dejarse hueco importante entre el mineral suelto caído y el macizo que se fragmenta, pues si éste se desploma produce una verdadera explosión al comprimir el aire del hueco con una secuela de daños y víctimas. Como el terreno está fracturado por el hundimiento es fácil que penetren en él las aguas de superficie y las de los mantos acuíferos e inunden las labores. Debe preverse una capacidad de bombeo para las máximas avenidas que puedan esperarse. Cuando se progresa en profundidad el hundimiento y los restos de los hastíales van rellenando el hueco, las rocas actúan como una esponja y las escorrentías del agua de lluvia deben encauzarse en superficie. Si existe un gran acuífero habrá que disponer bombas potentes que eleven el agua desde debajo de la base del hundimiento. Cada bloque es socavado completamente; se excava una abertura horizontal en la parte inferior del bloque, para sacar el soporte de la roca de encima. Las fuerzas de gravedad, en el orden de millones de toneladas actúan en la masa de roca. Se realiza una fracturación sucesiva que afecta a todo el bloque. Asciende la presión de la roca en fondo del bloque, triturando el material a fragmentos que pueden ser manejados en labores de evacuación o por cargadores. El hundimiento de bloques se utiliza para yacimientos grandes y masivos con: Fuerte buzamiento o, en un depósito masivo con gran extensión vertical Roca que se hunda y se rompa en fragmentos manejables. Superficie que permita hundimiento.
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La preparación de hundimiento de bloques tradicional considera: Un sistema de galerías de carga-acarreo debajo de cada bloque, coladeros de mineral o chimeneas estrechas hasta en nivel de parrillas, un nivel de parrillas donde se puede controlar la fragmentación y se puede realizar voladura secundaria, un segundo juego de chimeneas desde el nivel de parrillas a tolvas en el nivel de socavación y socavación del bloque.
Figura n°1.2 Esquema de hundimiento por bloques.
Todas las excavaciones debajo del bloque explotado están sujetas a una alta presión de roca. La sección transversal de las galerías y otras excavaciones se mantiene por esto lo más pequeña posible. Frecuentemente es necesario un fuerte refuerzo con hormigón. La fase de preparación en una mina con hundimiento de bloques es un proceso complicado que se requiere varios años para empezar la producción. El hundimiento de bloques es un método de explotación económico bajo condiciones favorables. Las desventajas son la extensa preparación y el tiempo que se tarda antes de que la producción alcance su capacidad máxima. Hay ciertos riesgos tales
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como el derrumbamiento y la fragmentación que se encuentran fuera de control del minero. Es difícil tratar con enganches y bloques grandes en un ámbito fracturado.
1. JUSTIFICACIÓN Y ANTECEDENTES. 1.1. JUSTIFICACIÓN * * * *
Este método es aplicable por su bajo costo de producción en comparación con otros métodos. Se reducen las perforaciones unitarias de perforación y voladura. El método es aplicado a yacimientos estratiformes o masivos de buzamiento pronunciado y de baja ley. Este sistema ofrece una alta producción en cada ciclo de arranque, también cuenta con una gran fragmentación por la acción de la gravedad.
En lo esencial, este método consiste en inducir el hundimiento de una columna mineralizada, socavándola mediante la excavación de un corte basal, proceso que se realiza aplicando las técnicas convencionales de perforación y tronadura. Los esfuerzos internos pre-existentes en el macizo rocoso (gravitacionales y tectónicos), más los inducidos por la modificación de sus condiciones de equilibrio debido al corte basal, generan una inestabilidad en la columna de roca o loza inmediatamente superior. Esta se desploma parcialmente rellenando el vacío creado y la situación de equilibrio tiende a reestablecerse. El mineral derrumbado se extrae por la base a través de un sistema de embudos o zanjas recolectoras excavados previamente, generando así nuevas condiciones de inestabilidad. El fenómeno continúa y el desplome o hundimiento de la columna se propaga así sucesivamente hasta la superficie, proceso que en la terminología minera se denomina subsidencia. El proceso termina cuando se ha extraído toda la columna mineralizada. El material estéril sobrepuesto desciende también ocupando el vacío dejado y en la superficie se observa la aparición de un cráter. Dependiendo de su extensión vertical, el cuerpo mineralizado puede ser explotado a partir de uno o de varios niveles de producción que se hunden sucesivamente en una secuencia descendente. Las alturas de columna entre los noveles pueden variar entre 40 a 300 metros. Se distinguen en la práctica dos modalidades de aplicación de este método: 1. Block Caving propiamente tal, en que cada nivel se subdivide en bloques virtuales de área basal entre 3.600 m2 (60 x 60 m) a 10.000 m2 (100 x 100 m), que se hunden sucesivamente en una secuencia discreta. 2. Panel Caving, que consiste en un hundimiento continúo de áreas o módulos de explotación de dimensiones menores. 7
En yacimientos masivos de baja ley, el método por block caving hoy en día es el que permite alcanzar la mayor capacidad productiva con el menor costo de explotación (4 a 5 US$/ton). En tal sentido, el caso de aplicación más relevante a nivel mundial es la mina El Teniente de Codelco Chile, con una producción que supera las 100.000 T/d, lejos la mina subterránea más grande del mundo. La tecnología disponible en la actualidad permite su aplicación en macizos rocosos de las más diversas condiciones geomecánicas. No obstante, las bondades del diseño minero dependen en gran medida del acierto en la estimación de la granulometría del material hundido. Las metodologías para tratar este problema no siempre conducen a soluciones correctas. El método acepta diferentes variantes, algunas de las cuales aún se encuentran a nivel de enunciado conceptual y otras en etapa de experimentación o validación a escala industrial. Las posibilidades de innovación no están agotadas. Permite una buena recuperación de las reservas comprendidas dentro de los límites del área a hundir, pero su selectividad es prácticamente nula. La dilución se puede manejar dentro de límites aceptables (< 10%) con un buen control de tiraje. La preparación de un área a hundir requiere de un gran volumen de desarrollos previos al inicio de la explotación. Esto significa mayores plazos de puesta en marcha y fuertes inversiones antes de producir. Es un método de escasa flexibilidad, que no acepta grandes modificaciones una vez iniciada la producción. Situaciones adversas no previstas o errores de apreciación de las condiciones geomecánicas del macizo rocoso, pueden conducir al abandono o la pérdida de reservas importantes.
1.2.
ANTECEDENTES:
En el hundimiento de paneles, el mineral se fractura y se rompe por sí solo debido a las tensiones internas y efectos de la gravedad. Por consiguiente se requiere sólo de un mínimo de perforación y tronadura en la explotación del mineral. El yacimiento se divide en paneles largos que incluyen varios bloques, a causa de que este sistema de explotación es una variación del hundimiento por bloques (block caving). Cada bloque tridimensional de gran área basal cuadrada y de varios miles de toneladas de mineral se cortan por la zona inferior (socavación), es decir, se excava practicando una ranura o abertura horizontal en la base inferior del bloque mediante tronadura. Así los bloques de mineral quedan sin apoyo, y las fuerzas de gravedad que actúan sobre esta masa producen fracturas sucesivas que afectan a los bloques por completo Además, debido a las tensiones de la
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roca se produce la fragmentación del material, en tamaños que pueden ser manejados a través de piques de traspaso o mediante equipos cargadores. En este trabajo sobre el método de explotación, Panel Caving, nos referiremos mucho y dando como base el sistema de hundimiento por bloques (Block Caving) que en realidad utilizan el mismo procedimiento. Solo los diferencia la idea de que en Block Caving exploto por bloques, los cuales puedo elegir por sus leyes y cambiando de uno a otro por eso sin ningún problema, en cambio Panel Caving extrae todo el material por corridas abarcando varios bloques y sin poder trasladarse de uno a otro, simplemente avanzando junto con la Línea de Hundimiento. Un ejemplo de extracción de mineral a través de hundimiento por paneles (Panel Caving) se utiliza hoy en día en la Mina El Teniente, División de Codelco.
2. VENTAJAS DEL MÉTODO DE BLOQUES HUNDIDOS:
Costo de producción muy bajo; es casi tan bajo como el de las cortas. Una vez que el hundimiento empieza, se consigue una producción elevada. Pueden normalizarse las condiciones aumentando la seguridad y eficacia de trabajo. La frecuencia de accidentes es claramente muy baja.
3. DESVENTAJAS DEL MÉTODO DE BLOQUES HUNDIDOS
La inversión de capital es grande y la preparación larga La mezcla de mineral y estériles, así como las pérdidas de mineral elevadas. Hay que vigilar rigurosamente la descarga del mineral y no es fácil. El mineral de baja ley próximo al recubrimiento y los bordes del criadero se ensucia excesivamente si el control del hundimiento no es demasiado bueno. No es posible la explotación selectiva de mineral de alta y baja ley. Sólo puede extraerse todo junto. Como en la cámara almacén el mineral se oxida.
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4. DESARROLLO Y PRODUCCIÓN Nivel de producción: conjunto de galerías paralelas espaciadas entre 15 a 30 m donde se realiza la operación de extracción del mineral según diversas modalidades. Incluye las correspondientes galerías de acceso o cruzados de cabecera.
Nivel de hundimiento (UCL): conjunto de galerías paralelas espaciadas entre 15 a 30 m a partir de las cuales se realiza la socavación o corte basal de la columna mineralizada. Se ubica a una cota entre 7 a 20 m sobre el nivel de producción. Incluye las correspondientes labores de acceso o galerías de cabecera.
Embudos o zanjas recolectoras de mineral , brazos o estocadas de carguío. Se trata de excavaciones que conectan el nivel de producción con el nivel de hundimiento, y que permiten o facilitan la extracción del mineral. Piques de traspaso: son labores verticales o inclinadas que conectan el nivel de producción con el nivel de transporte.
Nivel de transporte: conjunto de galerías paralelas espaciadas entre 60 a 120 m, donde llega el mineral desde el nivel de producción. Ahí se carga por intermedio de buzones a un sistema de transporte que lo conduce a la planta de chancado, que puede estar ubicada en superficie o en el interior de la mina.
Subnivel de ventilación: conjunto de galerías paralelas espaciadas entre 60 a 120 m, y los correspondientes cruzados de cabecera, ubicadas bajo el nivel de producción (15 a 30 m). Incluye las chimeneas por donde se inyecta o se extrae el aire hacia y desde el nivel de producción respectivamente.
Subnivel de control y/o reducción: puede ser o no necesario, dependiendo de la geometría del cuerpo mineralizado y de las características de la roca.
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Figura n°1.3 Esquema de las áreas de producción en el método hundimiento por bloques.
Simplificando bastante las cosas, en lo esencial, el diseño de un block caving lo determina la clasificación geomecánica del macizo rocoso a hundir, que se traduce en una estimación de la granulometría esperada del material producto del hundimiento. Numerosas investigaciones con modelos a escala, validadas por la práctica, concluyen que el diámetro de la columna que se extrae aisladamente por un punto de extracción es proporcional al tamaño del material. Si la extracción o tiraje es interactiva, vale decir, a partir de puntos de extracción múltiples, ese diámetro puede aumentar hasta 1,5 veces. En suma, la granulometría o tamaño del producto determina el espaciamiento máximo posible de la malla de extracción, de modo que los elipsoides de tiraje se
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intersecten. A su vez, dicho espaciamiento determina la configuración geométrica modular del sistema de labores.
4.1.
ARRANQUE
Sólo se requiere perforación y tronadura para socavar o cortar la base de la columna mineralizada, corte de una altura que oscila entre 5 a 15 m. A esta operación se le denomina hundimiento, y se realiza con tiros radiales en abanico de 50 a 75 mm de diámetro barrenados con jumbos electro- hidráulicos. La longitud de estos tiros puede variar entre unos 5 a 20 m. El resto de la columna se desploma y se fragmento por el efecto combinado de los esfuerzos naturales que actúan sobre el macizo rocoso y el desequilibrio generado por el proceso de socavación basal.
4.1.1 PERFORACION Y VOLADURA El block/panel caving es la vía más segura y productiva para yacimientos masivos de grandes dimensiones como por ejemplo cobres porfídicos, este método nos permite extraer más mineral y menos cantidad de material estéril. La idea es muy simple, se usa la fuerza de la naturaleza más fuerte, es decir, la gravedad, quien nos ayuda a la extracción del mineral.
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Este método consiste en inducir el hundimiento de una columna mineralizada, socavándola mediante la excavación de un corte basal.
Proceso que se realiza aplicando las técnicas convencionales de perforación y tronadura. El mineral derrumbado se extrae por la base a través de un sistema de embudos o zanjas recolectoras.
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La primera fase es llamada el Nivel de hundimiento, que son galerías paralelas espaciadas a partir de las cuales se realiza la socavación o corte basal de la columna mineralizada.
Se realiza con tiros radiales en forma de abanico de 50 a 75 mm de diámetro. La longitud de estos tiros puede variar entre unos 5 a 20 m.
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La columna se desploma y se fragmenta por el efecto combinado de los esfuerzos naturales que actúan sobre el macizo rocoso y el desequilibrio generado por el proceso de socavación basal.
La segunda fase es llamada el Nivel de Producción, que es un conjunto de galerías paralelas espaciadas donde se realiza la operación de extracción del mineral según diversas modalidades.
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En este nivel se encuentra los embudos o zanjas, estocadas de carguío. Se trata de excavaciones que conectan el nivel de producción con el nivel de hundimiento, y que permiten o facilitan la extracción del mineral.
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El fenómeno continúa y el hundimiento de la columna se propaga hasta la superficie, proceso que se denomina subsidencia.
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El proceso termina cuando se ha extraído toda la columna mineralizada. El material estéril desciende también ocupando el vacío dejado y en la superficie se observa la aparición de un cráter.
Luego se carga y transporta el mineral para su tratamiento y darle un valor agregado (obtención de los concentrados). .
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4.2.
MANEJO DE MINERAL
Sistema convencional con extracción manual. Se aplica en cuerpos mineralizados de fácil hundibilidad, que se fragmentan generando un material o producto de granulometría fina a mediana. Las dimensiones de la malla de extracción varían entre 7,5 x 7,5 m hasta unos 12,0 x 12,0 m. Operarios de extracción o “buitreros”, manipulan las compuertas emplazadas en el nivel de producción, haciendo correr el mineral a través de una parrilla de control de tamaño. Rendimientos normales del orden de 150 a 500 [ton / hombre – turno] según el tipo de roca. El material grueso que no pasa por la parrilla es reducido a golpes de mazo en la misma parrilla. Si el problema de atascamiento se produce en el embudo, se recurre a pequeñas cargas explosivas. El mineral se traspasa directamente por gravedad a un nivel de transporte (FF CC, cintas transportadoras o camiones) a través de sistemas de piques ramificados. Extracción mecanizada con scrapers. Se utiliza también para condiciones de granulometría fina a mediana, pero principalmente cuando el nivel de transporte se ubica inmediatamente debajo o muy cerca del nivel de producción.
En cada galería de producción se instala un scraper que arrastra el mineral (30 a 60 m) hasta piques cortos ubicados en la cabecera del bloque, a través de los cuales se carga directamente a carros de ferrocarril o también a camiones. Los bolones que no es capaz de arrastrar la pala se reducen de tamaño en la misma galería mediante pequeñas cargas explosivas.
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Extracción mecanizada con equipos LHD. Se aplica cuando se trata de macizos rocosos competentes, poco fracturados, que se hunden generando fragmentos o colpas de gran tamaño. Se utilizan palas de 5 a 8 yardas cúbicas de capacidad. Las dimensiones de la malla de extracción pueden variar en este caso entre 12,0 x 12,0 m hasta unos 17,0 x 17,0 m. Los equipos LHD extraen y cargan el mineral desde los puntos de extracción y lo transportan hasta los puntos de traspaso regularmente distribuidos a distancias del orden de 80 a 120 m. Su rendimiento puede variar entre unas 600 a 1.200 [ton/turno]. Las colpas de grandes dimensiones que la pala no es capaz de cargar se reducen de tamaño en los mismos puntos de extracción utilizando cargas explosivas.
Un segundo control de tamaño se realiza en los puntos de vaciado dotados de parrillas o alternativamente en un subnivel inferior en cámaras de picado especialmente dispuestas para estos fines. En ambos casos se utilizan martillos picadores estacionarios o semi- estacionarios de accionamiento hidráulico. La capacidad productiva del sistema de extracción se mide o expresa en [ton / m 2 hundido x día]. Este índice depende de las características de hundibilidad de la columna mineralizada, estimándose en la práctica como razonable valores promedio comprendidos entre 0,4 y 1,2 [ton / m2 hundido x día], incluyendo los puntos de extracción fuera de servicio por reparaciones.
4.3.
VENTILACIÓN
El block caving es un método que requiere un suministro intensivo de ventilación, en especial al nivel de producción, donde se concentran un conjunto de operaciones altamente contaminantes con presencia de personal: extracción y traspaso (polvo); tronadura secundaria (gases); y también, en muchos casos, carguío y transporte con equipo diésel (polvo y gases). La solución clásica es disponer un subnivel de ventilación ubicado unos pocos metros más abajo del nivel de producción (15 a 30 m). Consiste en un conjunto de galerías paralelas coincidentes y alineadas con las galerías de cabecera o cruzados de acceso a los bloques. El aire fresco se inyecta a las galerías de producción a través de chimeneas, recorre estas galerías y retorna al subnivel de ventilación por otras chimeneas similares ubicadas en la línea de bloques siguiente.
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Para tales efectos, es necesario disponer de túneles y/o piques principales de inyección y extracción de aire, dotados de los correspondientes ventiladores. Estas labores forman parte de lo que se denomina infraestructura general de la mina.
4.4.
FORTIFICACIÓN
El principal problema es la relación con la estabilidad de las labores del nivel de producción. Estas labores son sometidas a intensas solicitaciones inducidas por la redistribución y concentración de esfuerzos asociadas al proceso de hundimiento. En presencia de roca poco competente con buenas características de hundibilidad, donde es posible aplicar un sistema de extracción manual con galerías de sección pequeña (2,4 x 2,4 m), la solución más socorrida y clásica consiste en una fortificación sistemática con marcos de madera. En condiciones similares a las anteriores, pero con un sistema de extracción con palas de arrastre o scrapers, se utiliza por lo general un revestimiento continuo de hormigón. Si las condiciones son menos rigurosas, puede ser suficiente un apernado conjuntamente con malla de acero y shotcrete. Cuando se trata de roca competente (granulometría gruesa), donde se aplica un sistema de extracción mecanizado con equipos LHD, se requieren galerías de sección más grande (4,0 x 3,6 m). En estos casos, dependiendo de las condiciones locales, se recurre a soluciones que contemplan progresivamente apernado sistemático, malla de acero y shotcrete. Las situaciones más críticas se presentan en las intersecciones de las galerías de producción con los brazos de carguío y en las viceras de los puntos de extracción. Para mantener su estabilidad se recurre, en la mayoría de los casos, a fortifi cación con marcos de acero y hormigón armado. Los piques de traspaso son también labores conflictivas que requieren una atención especial. Se recurre incluso a revestimientos con planchas de acero o rieles insertos en hormigón.
5. DETERMINACIÓN DE HUNDIBILIDAD El grado de hundimiento de un bloque está controlado principalmente por los tipos de rocas, el fracturamiento y la dureza de ellas; así como la presencia de agua y la permeabilidad de las rocas. A continuación, se muestra la relación del grado de fracturamiento con estas propiedades.
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Imagen 3.1 Eficiencia del hundimiento relacionado al fracturamiento.
Imagen 3.2 Eficiencia del hundimiento en relación a la dureza de la roca.
La socavación de la base de un bloque en minería de block caving, mediante técnicas usuales de perforación y tronadura, es la metodología utilizada para inducir el inicio del hundimiento del cuerpo mineralizado. En este contexto, existen otras técnicas, tales como la creación de extensas excavaciones y el preacondicionamiento del macizo rocoso, ya sea por tronadura confinada o por fracturamiento hidráulico (Brown, 2007), que pueden ayudar a inducir el inicio del hundimiento, pero que sin embargo, no pueden reemplazar una adecuada socavación del cuerpo mineralizado a hundir. El proceso de socavación es uno de los más importantes en la minería de caving, no solo porque es necesario para inducir el hundimiento, sino también debido a que el diseño y el secuenciamiento de esta operación permite reducir los efectos de la concentración de esfuerzos inducidos en la frente de socavación (Laubscher, 2000). Butcher (2000) menciona que esta etapa tiene 3 objetivos principales: 1. Generar una excavación de suficientes dimensiones para permitir la ocurrencia del hundimiento. 2. Lograr las requeridas dimensiones del área socavada para iniciar el hundimiento con un mínimo daño al macizo rocoso en las cercanías.
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3. Alcanzar tan rápido como sea posible el radio hidráulico requerido para generar el hundimiento, propagarlo y consecuentemente reducir la concentración de esfuerzos producido por esta operación. A la zona de concentración de esfuerzos generada por el método de explotación y en particular por la socavación, se le denomina frecuentemente en la literatura como zona de abutment stress. Laubscher (2000) plantea que la magnitud de los esfuerzos que pueden alcanzarse en esta zona depende del estado tensional regional, de la dirección de la socavación y de la técnica empleada con este fin. En particular, la secuencia de socavación impacta de manera directa los niveles de esfuerzos inducidos a los que se ve sometida la infraestructura minera, en especial a las labores del nivel productivo tales como la condición del pilar corona y la fortificación de los puntos de extracción y de las calles de producción. Brown (2007) resume los aspectos clave que influyen en el éxito de una determinada técnica de socavación, algunos de los cuales serán discutidos durante este capítulo. Los más importantes son los siguientes:
La secuencia de socavación y de desarrollo de las labores en los niveles de producción. La altura de socavación y la geometría del corte en sección vertical. La geometría del frente de hundimiento. La extensión de la losa, es decir, la distancia entre la frente de socavación y la frente de extracción. La tasa de avance de la socavación, expresada en términos del área socavada por unidad de tiempo.
ESTRATEGIAS DE HUNDIMIENTO O SOCAVACIÓN Por estrategia de socavación se hará referencia a la secuencia de construcción de las labores productivas, es decir, la temporalidad de la tronadura de socavación relativa al desarrollo de las labores en los niveles de hundimiento y producción, y a la apertura de las bateas. Diversos autores (Brown, 2007; Laubscher, 2000; Wattimena, 2003) coinciden en que las estrategias de socavación más importantes son:
5.1.
El hundimiento posterior o convencional El hundimiento avanzado El hundimiento previo
HUNDIMIENTO CONVENCIONAL
La secuencia constructiva de labores utilizada en esta metodología se muestra en la siguiente figura, y se detalla a continuación (Karzulovic, 1998; Rojas et al, 2000):
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Figura n°3.3 Secuencia constructiva en el método de hundimiento convencional (Rojas et al, 2000)
1. Desarrollo labores Niveles de producción y de Hundimiento. 2. Apertura de Bateas de extracción. 3. Tronadura de socavación en el nivel de hundimiento, avanzando con el frente de hundimiento hacia las bateas abiertas. 4. Inicio de la extracción. En este caso, prácticamente no hay diferencia entre el frente de extracción, limitado por la última línea de bateas incorporadas a producción, y el frente de socavación, asociado al avance del corte basal en el nivel de hundimiento. Dada la secuencia constructiva, al desarrollarse las labores del nivel de producción por delante del frente de hundimiento, éstas se ven sometidas a la zona de abutment stress, indicadas por flechas continuas en la f igura 2-2. Esto generará un primer impacto en el pilar corona del nivel de producción, el cual se verá intensificado una vez que se produzca la apertura de bateas.
Figura n° 3.4 Esfuerzos inducidos por una socavación del tipo convencional (Karzulovic, 1998)
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Con respecto a la utilización de esta estrategia de socavación, Butcher (2000) sugiere que, como guía general, su uso debería ser analizado seriamente si por ejemplo, la profundidad de la faena es mayor a 500 metros o bien si el área de socavación tiene un radio hidráulico mayor a 17.
5.2.
HUNDIMIENTO PREVIO
La aparición de técnicas de socavación alternativas a la metodología convencional es el resultado de una serie de investigaciones y pruebas cuyos orígenes se remontan a principios de la década de 1970 (Karzulovic, 1998). En aquellos años, ya se consideraba el potencial uso de excavaciones de protección, que mediante la generación de sombras de esfuerzos, podrían disminuir el riesgo de ocurrencia de inestabilidades geotécnicas asociadas a concentraciones de esfuerzos. Posteriormente, a comienzos de los años 80, y luego de diversos estudios de aplicabilidad de este concepto en la mina El Teniente, se definió el llamado “hundimiento previo”, en donde la socavación del bloque estaría adelantada
respecto a la preparación de las labores en el nivel de producción. En esta mina, el primer caso conocido de la aplicación exitosa de esta técnica fue en el sector Teniente 4 Sur LHD a principios de la década de 1990, donde se construyó un nuevo nivel productivo 15 metros abajo del nivel de producción inicial, con el propósito de recuperar reservas abandonadas producto de colapsos, alcanzando excelentes resultados tanto desde el punto de vista geotécnico como productivo. Posterior a eso, y dada la probada aplicación de la variante, ha sido habitual la consideración de esta estrategia, o bien del método de hundimiento avanzado, en el diseño conceptual de socavación de otros sectores de El Teniente (Rojas et al, 2000; Laubscher, 2000). A diferencia de la estrategia convencional, y como se muestra en la siguiente figura, en este método la secuencia constructiva de labores es la siguiente (Karzulovic, 1998; Rojas et al, 2000): 1. Preparación de labores en el 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. Preparación de labores en el nivel de producción. 4. Apertura de bateas bajo área socavada. 5. Inicio de la extracción
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Fgigura n° 3.5 Secuencia constructiva en el método de hundimiento previo en el Teniente (Rojas et al, 2000)
La principal característica del método 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. De este modo, la concentración de esfuerzos que se forma por delante y hacia abajo de dicho frente tiene un efecto mucho menor sobre las instalaciones del nivel de producción, tal como se aprecia en la siguiente figura. Brown (2007) menciona que la distancia de seguridad puede estimarse utilizando la regla de los 45º, asumiéndola idéntica a la separación entre los niveles de producción y de hundimiento. Sin embargo, el mismo autor plantea que en algunas minas, por ejemplo en el sector Esmeralda de El Teniente, ha sido más satisfactorio mantener una mayor distancia que la recomendada por esta regla, llegando a utilizar una franja de seguridad de 22.5 m, teniendo una separación entre niveles de no más de 18 m.
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Figura n° 3.6 Esfuerzos inducidos generados por una estrategia de socavación previa (Karzulovic, 1998)
5.3.
HUNDIMIENTO AVANZADO
Diversos autores mencionan que el hundimiento previo puede ser considerado como una variante del hundimiento avanzado (Brown (2007), Trueman et al (2002) y Wattimena (2003)). En este método, la socavación en el nivel de hundimiento se realiza sobre un nivel de producción parcialmente desarrollado. La secuencia constructiva de labores se detalla a continuación (Karzulovic, 1998): Desarrollo de las labores del nivel de hundimiento, y de algunas del nivel de producción. 1. 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.
Figura n° 3.7 Secuencia constructiva en el método de hundimiento avanzado en mina El Teniente (Jofré et al, 2000)
Las bateas son preparadas en una zona relajada desde el punto de vista geotécnico, usualmente considerando como mínima distancia de seguridad, medida en la horizontal, entre la frente de socavación y la línea de incorporación bateas, una distancia dada por la regla de los 45º (Brown, 2007).
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Figura n° 3.8 Distribución de esfuerzos generada por una estrategia de socavación avanzada (Karzulovic, 1998)
Actualmente, la tendencia en el diseño de block y panel caving es seleccionar la estrategia de socavación avanzada, para aprovechar sus ventajas principalmente en cuanto a la reducción de los niveles de fortificación y la mayor productividad del método (Brown 2007). Basta con revisar en la literatura algunos diseños propuestos en los últimos años para confirmar lo anteriormente expresado: Premier Diamond Mine (Bartlett and Croll, 2000), Palabora (Calder et al, 2000), Northparkes E26 lift 2 (Silveira, 2004) y Argyle (Undercutting Workshop, 2008) y Freeport DOZ (Undercutting Workshop, 2008). Pese a lo anterior, Bartlett y Croll (2000) plantean que la continua profundización de la minería de caving incrementará de tal manera las magnitudes de los esfuerzos, que para evitar niveles de daño considerables en la infraestructura del nivel de producción, la mejor opción para manejar el daño consistirá en implementar un hundimiento previo, en particular a profundidades cercanas a los mil metros. Lo anterior se reafirma en el trabajo de Beck (2006), quien concluyó que en un ambiente de altos esfuerzos, emplear socavación avanzada se traducirá en elevados niveles de daño en el nivel de producción, por lo que la estrategia de socavación previa puede tener algunas ventajas, en particular en torno a los mil metros de profundidad.
5.4.
METODOLOGÍA HENDERSON
Esta técnica de socavación corresponde a un caso particular de la estrategia convencional, en que la mayor parte de la perforación y tronadura de las bateas se realiza desde el nivel de hundimiento, de manera adelantada con respecto a la tronadura de socavación propiamente tal (ver siguiente figura). Según Brown (2007), esta alternativa permite que los pilares y las labores del
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nivel de producción estén expuestos por períodos más breves a elevados niveles de esfuerzos inducidos, causa principal del daño en las minas de block o panel caving. Para Laubscher (2000), debido a la exitosa aplicación en la mina Henderson, es sorprendente que no se haya adoptado esta técnica en otras faenas similares donde al año 2000, más de 2000 puntos de extracción habían sido incorporados en producción mediante esta metodología.
Figura n° 3.9 Perforación de socavación y de excavación de bateas usado en la mina Henderson (Brown, 2007).
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CONCLUSIONES DEL TEMA
El método consiste en hundir por bloques el mineral tratando de obtener la mejor fragmentación posible. Este método se aplica a yacimientos de grandes espesores y diseminados, con mineral que se hunda y fragmente bien y roca bastante resistente. La explotación empieza con la perforación de una serie de galerías dispuestas según un esquema regular, estas se enlazan con la base del bloque con embudos o chimeneas. El mineral fracturado desciende por gravedad a diferentes niveles a través de los ore pass hasta llegar al nivel de transporte. Conocer la geometría del método. Para la perforación se utiliza principalmente perforadoras jumbos electrohidráulicos, en traspaso del mineral se puede hacer de manera manual y en el caso de granulometrías gruesas se utilizan scrapers o equipos LHD. Y para el transporte su utilizan riles o camiones. La principal ventaja de este método es que el costo de producción es bajo, sin embargo no se puede hacer una selección de mineral de alta y baja ley.
