Universidad De Santiago De Chile Facultad de Ingeniería Departamento Departamento de Ingeniería en Minas
Método de explotación Panel Caving con Hundimiento Avanzado
Integrantes:
Rodrigo Valenzuela Catalina Farias Carlos Rodriguez Profesor:
Eduardo Contreras Moreno Ayudante: Francisco Fecha de entrega:
18 de marzo del 2017 1
Resumen ejecutivo El método de explotación Panel Caving y/o también llamado Hundimiento por Paneles, se le llama caving a toda operación destinada a provocar el hundimiento de la roca, por panel caving se define como el hundimiento de paneles por corte inferior, provocando que el mineral se fracture y se fragmente gracias a las te nsiones internas y efecto de la gravedad. Para el método en específico de Panel Caving Avanzado, se desplegarán ideas tales como su desarrollo, ventajas y desventajas, campos de aplicación, requerimientos y mineras chilenas donde se emplean cada uno de ellos. En esta variable la socavación en el nivel de hundimiento se realiza sobre un nivel de producción producción parcialmente parcialmente desarrollado. desarrollado. Esta variante proporciona una mayor flexibilidad en el desarrollo del nivel de producción. Esto se trabaja en mena primaria, roca competente de baja densidad de fracturamiento. La supuesta ventaja de esta variante es que proporciona una mayor estabilidad durante el desarrollo del nivel de producción, dado que las excavaciones son realizadas durante el desarrollo del nivel de producción, dado que las excavaciones son realizados fuera de la zona de concentración de esfuerzos. Mejor manejo de la marina gracias a tener galerías avanzadas. La exposición de personal y equipamiento en las zonas de transición es menor, por lo que es más seguro. Al tener un pilar más robusto robusto se reducen reducen los daños daños en el nivel de producción. producción. Las bateas son más resistentes y fáciles de construir que los embudos, reduciendo los costos de operación.
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Índice Índice de Contenidos Resumen Ejecutivo............................................................................................................... 2 Índice.................................................................................................................................... 3 Índice ilustraciones ...............................................................................................................4 Introducción ………………………………………………………………………………………… 5 Objetivos .............................................................................................................................. 5 Alcances .............................................................................................................................. 5 Desarrollo………………... .................................................................................................... 6
Características del yacimiento .............................................................................................6 Explicación del metodo......................................................................................................6-8 Labores previas ....................................................................................................................9 Nivel de hundimiento…………………………………………………………………………….....9 Nivel de producción………………………………………………………………………………...9
Batea o Zanja ............................................................................................................... .9-10 Puntos de Vaciado.............................................................................................................. 11 Mallas de extracción .......................................................................................................... 11 Nivel Intermedio ................................................................................................................. 12 Nivel de Ventilación ........................................................................................................... 13 Nivel de Transporte ............................................................................................................ 13 Maquinaria a utilizar ...........................................................................................................14 Ciclo de explotacion............................................................................................................ 15 Elementos minerales.......................................................................................................... 16 Conclucion………………………………. ............................................................................. 16
Bibliografía .........................................................................................................................17
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Índice ilustraciones Ilustración 1: Comparación entre roca primaria y roca secundaria...................................... 7 Ilustración 2: Esquema simplificado de la ubicación de Roca Primaria y Roca Secundaria…………………………………………………………………………………………. 7
Ilustración 3: Sección transversal de panel caving hundimiento avanzado ........................ 8 Ilustración 4: Nivel de hundimiento avanzado y tronadura ……….......................................9 Ilustración 5: Dimensiones de la Batea o Zanja .................................................................10 Ilustración 6: Isométrica de Zanja, Panel Caving .............................................................. 10 Ilustración 7: Método 1 para construcción de Zanja ......................................................... 10 Ilustración 8: Método 2 para construcción de Zanja ..........................................................10 Ilustración 9: Ampliación de Punto de Vaciado hacia el pique de Traspaso, con Martillos Picadores………………………………….. .......................................................................... 11 Ilustración 10: Dimensionamiento batea tipo esmeralda .................................................. 12 Ilustración 11: Perfil AA batea tipo esmeral........................................................................12 Ilustración 12: Nivel Intermedio y Nivel de Ventilación, Panel Caving .............................. 13 Ilustración 13: Equipo LHD……......................................................................................... 14 Ilustración 14: Drill jumbo………………………………………………………....................... 14 Ilustración 15: Martillo picador………………………………. .............................................. 14
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Introducción En Chile estamos habituados a la gran minería a rajo abierto, pero según los expertos, muchos yacimientos comenzarán a migrar a la gran explotación subterránea, como consecuencia del envejecimiento de esos depósitos hay que pasar a los distintos yacimientos primarios y debido a la mayor profundidad del mineral, se emplean distintos métodos de minería subterránea. Esto plantea una serie de desafíos, en materia de desarrollo e incorporación de nuevas tecnologías, que permitan mantener la producci ón, en reconversión del personal, y en contar con especialistas y colaboradores con las competencias para enfrentar las particularidades de la extracción subterránea. Para comprender las circunstancias que generan los problemas tanto de hundibilidad como de granulometría y que afectan de manera directa a la producción es necesario conocer las características geológicas y geotécnicas predominantes en el sector de interés En chile la minería tiene un peso extremadamente importante, ya que esta, es una pieza fundamental en el desarrollo del país en el ámbito económico principalmente por ser uno de los mayores productores y exportadores de cobre en el mundo. Existen diferentes métodos los cuales son aplicados para poder extraer el mineral que se encuentra en profundidad y que queremos explotar dentro de todos los métodos existes hablaremos de Panel Caving Avanzado, destacando todos los procesos previos de planificación, explotación y extracción del mineral
Objetivos -
Describir el método Panel Caving Avanzado
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Mostrar sus desarrollos, preparación y explotación
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Analizar las condiciones de aplicación.
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Encontrar las limitaciones más relevantes, ventajas y desventajas de cada método.
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Dar a conocer Minerías que utilice o planifique dicho Método de Explotación
Alcances Dentro de las limitaciones que existen en este informe se encuentran las siguientes: Es un informe completamente elaborado en base a diversas fuentes bibliográficas y clases presenciales del profesor Eduardo Contreras -
El lector debe tener ciertos conocimientos mineros previos
La estructura permitirá conocer en profundidad el método dejando al descubierto las ventajas y desventajas de este.
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Desarrollo Características del yacimiento Se aplica en depósitos de gran profundidad, bajas leyes en principalmente Cobre, Molibdeno, Hierro. Esto se trabaja en mena primaria, roca competente de baja densidad de fracturamiento (FF<7). Por este motivo la granulometría que se obtendrá, será grande mayor a 15 pulgadas, lo que imposibilita el manejo manual del material, mecanizando la explotación. Por lo que si se quiere obtener una mayor eficiencia, se requerirá que las leyes y los límites del cuerpo mineralizado del cuerpo sean regulares, dado que este método no permite explotación selectiva por sectores. La mineralización es sellada con anhidrita, turmalina o cuarzo y en brechas de turmalina y granodioritas primarias. Yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa área y son de alta potencia.
Explicación del método Los métodos de minería subterránea se suelen clasificar según sus exigencias de soporte de la depresión donde se extrae el mineral, y los métodos por hundimiento pertenecen al grupo de métodos en que la depresión no requiere de soporte. Por otra parte, los métodos de explotación por hundimiento se caracterizan porque inducen el desplazamiento vertical descendente del cuerpo mineralizado y de la roca supra yacente, ya sea quebrando el macizo rocoso. Todos estos métodos requieren el desarrollo cont inuo del hundimiento o “Caving”, ya que en caso contrario se podría generar eventualmente un colapso del material rocoso, causando daños importantes en la operación minera. Conforme con esto, se suele generar un cráter de subsidencia, cuya morfología depende de la minería, de las características mecánicas del macizo y de la topografía del terreno. Por lo tanto, los métodos por hundimiento se pueden clasificar: Según la forma de quiebre de la columna de mineral, mediante perforación y tronadura (u otro método artificial) hasta el caso en que se produce el quiebre natural del rocoso, mediante la socavación de su base. Los principales métodos de explotación por hundimiento • Hundimiento por subniveles (subl evel caving) • Hundimiento de bloques (block caving) • Hundimiento de paneles (panel caving)
El método de Panel Caving es un método que precede al Block Caving. El empleo del método del Block Caving se utiliza en yacimientos de roca secundaria, mientras que el Panel Caving se usa en yacimientos con roca primaria. Esto se produce por un tema de rendimiento del método para las características de la roca en cuestión. 6
Las características de ambos tipos de roca se pueden apreciar en la Ilustración 1 e Ilustración 2. Roca Primaria
Roca Secundaria
Rocas muy competentes Rocas de baja a mediana competencia Baja densidad de fractura (FF<7) Gran densidad de fractura (FF>10) Fracturas selladas con anhidrita, turmalina o Fracturas abiertas o débilmente selladas con cuarzo limoita Brechas de turmalinas y Andesitas y granidioritas secundarias granodioritas primarias Granulometría gruesa (>15’’)
Buena granulometría (<12’’)
Mineralización diseminada y en fracturas Requiere de equipo mecanizado para manejo
Mineralización fundamentalmente en Permite manejo manual del mineral
Ilustración 1: C omparación entre roca primari a y roca secundari a
Ilustración 2: E squema si mplificado de la ubicación de Roca P ri maria y R oca S ecundari a
Hay distintas variantes del método tradicional Panel Caving que fueron surgiendo debido a los distintos tipos de yacimientos, y necesidades de estos, sin embargo, describiremos Panel Caving tradicional, sin embargo, nos enfocaremos en el Panel Caving con hundimiento avanzado. El método de explotación Panel Caving y/o también llamado Hundimiento por Paneles, se le llama Caving a toda operación destinada a provocar el hundimiento de la roca, por Panel Caving se define como el hundimiento de paneles por corte inferior, provocando que el mineral se fracture y se fragmente gracias a las tensiones internas y efecto de la gravedad. Para este procedimiento se necesita un mínimo de perforación y tronadura en la extracción del mineral. El yacimiento de divide en varios paneles largos que incluyen varios bloques, esto debido a que el sistema utilizado es una variación del Block caving o hundimiento por bloques. También este proceso es uno de los más importantes en la minería caving, debido a su diseño y el secuenciamiento de esta operación permite reducir los efectos de la concentración de esfuerzos inducidos en la frente de socavación. Butcher (2000) menciona que esta etapa tiene 3 objetivos principales: 7
1) Generar una excavación de suficientes dimensiones para permitir el hundimiento. 2) Lograr las dimensiones requeridas del área explotada para iniciar el hundimiento dañando mínimamente al macizo rocoso en las cercanías. 3) Alcanzar rápidamente el radio hidráulico para generar el hundimiento, propagarlo y consecuentemente reducir la concentración de esfuerzos producidos por esta operación. La secuencia de desarrollo de las labores se muestra en la ilustración 3 y se detalla a continuación: En esta variante la socavación en el nivel de hundimiento se realiza sobre un nivel de producción parcialmente desarrollado, dejando las galerías de zanjas y bateas para ser excavadas bajo el área hundida o socavada. Esta variante proporciona una mayor flexibilidad en el desarrollo del nivel de producción. La secuencia de excavación de las labores se muestra en la ilustración 3, la cual es: 1.- Desarrollo de las labores de hundimiento y algunas del nivel de producción (en general solo se construyen las calles de producción). 2.- Tronadura de la socavación en el nivel de hundimiento. 3.- Se desarrollan las restantes labores del nivel de producción en el sector bajo el area socavada. 4.- Se realiza la apertura de las bateas. 5.- Se inicia la extracción.
Ilustración 3:”Sección transversal panel caving hundimiento avanzado”.
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Labores Previas En el diseño de este método incluye un Nivel de Hundimiento o Socavación (NH), un Nivel de Producción (NP), un Sub-Nivel de Ventilación (SNV), un Nivel de Control (NC) y un Nivel de Transporte (NT).
Nivel de hundimiento Es el nivel en el cual se corta la base del bloque a ser explotado mediante métodos de perforación y tronadura. Este consta de galerías o calles paralelas distanciadas por unos 30 metros entre sí, que se encuentran entre unos 7 a 20 metros por sobre el nivel de producción. Estas galerías son comúnmente de 3.5 x 3.5 metros aproximadamente. Las calles de este nivel están “unidas” por un cruzado de cabecera que recorre todo el cuerpo mineralizado. A este nivel se accede por medio de una rampa con 8 o 10% de pendiente desde el Nivel de Producción.
Ilustración 4: “Nivel d e hundimiento avanzado y tronadura
Nivel de Producción Está ubicado bajo el nivel de hundimiento. Se accede a él a través de una rampa de 8 a 10% de pendiente. Está formado por: Galerías de Producción o calles: desarrollos de sección 4,0 x 4,0 metros aproximadamente espaciados a una distancia de 30 metros. Estas galerías constituyen una vía de tráfico para la circulación de equipos LHD. Galerías zanjas: desarrollos de sección 4,0 x 4,0 metros aproximadamente, que cortan a las galerías de producción con un ángulo de 90 grados para facilitar la circulación de equipos LHD. (el ángulo puede variar e incluso ser perpendicular a las galerías de producción).
Batea o Zanja Desquinche de las galerías Zanjas, que conectan el nivel de Producción con el nivel de Hundimiento. A través de estas cae material socavado en el nivel de Hundimiento hacia el nivel de Producción. Sus dimensiones pueden ser variadas, pero comúnmente son de 10 x 12 x 15 metros, como se indica en la ilustración 5 .
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Ilustr ación 5: Di mensi ones de la B atea o Zanja
Ilustración 6: Isométrica de Zanja
Esta zanja se realiza mediante una chimenea que posteriormente se desquinchara. El desquinche de la chimenea se puede realizar de 2 maneras diferentes para esta variable en particular: 1. Chimenea Central que se desquincha hacia los lados, con tiros en abanico y se avanza con más tiros en abanico hasta completar los 15 metros. 2. Chimenea lateral que se desquincha hacia el lado contrario, con tiros en abanico y se avanza con más tiros en abanico hasta completar los 15 metros.
Ilustración 7: Método 1 para cons trucción de Zanja
Ilustración 8: Método 2 para cons trucción de Zanja
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Puntos de vaciado Ubicados en desquinche que se realizan en las galerías de Producción donde el mineral es vaciado hacia los piques de traspaso provistos de una parrilla cuadrada de abertura 40 ” (1,02 m), para así impedir el paso de material fragmentado de mayor tamaño que pueda provocar el atochamiento de marina en el pique de traspaso con o sin martillos picadores semi-móviles anclados a una base previamente construida.
Ilustr ación 9: A mpliación de Punto de Vaciado hacia el pique de Traspaso, con Martillos Picadores
Mallas de extracción Una malla de extracción corresponde al tipo de distribución que tendrán las Bateas o Zanjas en el Nivel de Producción. Para determinar el diseño más adecuado para la Malla de Extracción, se debe considerar: •
Detalle de las labores del método Panel Caving.
•
Analizar las distintas Mallas de Extracción que existen , indicando su relación con las configuraciones de las bateas, destacando sus características, ventajas y desventajas
•
Realizar un estudio comparativo de los tipos de Mallas de Extracción que se podrían aplicar en el método Panel Caving avamnzado, específicamente en roca primaria.
Para esta variable en particular se necesitará una Batea Tipo Esmeralda, en que la construcción esta batea se hace íntegramente desde el Nivel de Producción, en una sola etapa y en tres fases de tronadura. Batea para mallas de 17 x 20 m con LHD de 13 yd3 Los parámetros geométricos de entrada como los parámetros de salida se encuentran en la tabla N° 21. La figura N° 34 corr esponde a un corte vertical A-A en la dirección de la galería zanja.
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Ilustración 10: Dimens ionamiento B atea Tipo E smeralda Malla 17 x 20 m para LHD Toro 0011.
Ilustración 11: Perfil A -A batea Tipo E smeralda para Malla 17 x 20 m con LH D Toro 0011.
Nivel intermedio Su requerimiento depende directamente de la geometría de la roca tronada provenientes de los piques de traspaso. Se utiliza para un mayor control del flujo gra vitacional del material que se arroja a través de los piques de traspaso. En este nivel se encuentran galerías paralelas que reciben marina de dos puntos de vaciado, que posteriormente con el uso de martillos picadores fijos, se va triturando el mineral sobre una parrilla, a un máximo de 30 ” (0.76m).
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Nivel de ventilación Corresponde a una red de galerías espaciadas paralelamente entre 60 – 120 m que se ubican a 15 – 30 m por debajo del nivel de producción. Esta red de galerías consta de: Desarrollos horizontales: Corresponden
a galerías de inyección y extracción de aire. Al igual que las labores de los demás niveles se realiza mediante perforación con Jumbos, y uso de LHD para el retiro de marina. Corresponde a las chimeneas de ventilación para la inyección y extracción de aire. Se realiza mediante Blind Hole, con un escareador de 1,5 m. de diámetro. Desarrollos verticales:
Ilustr ación 12: Ni vel Intermedio y Nivel de Ventilación, P anel Caving
Nivel de Transporte Son un conjunto de galerías de carguío, transporte y buzones de descarga (nivel de menos elevación). En este nivel es donde -se realiza la extracción o salida del mineral hacia la superficie. En este nivel se pueden encontrar galerías o desarrollos de 5 x 5 metros y se encuentran separados 60 – 120 metros entre sí.
Maquinarias a utilizar Equipos empleados de mayor importancia:
Dril jumbo: perforadora mecánica utilizada para realizar barrenos principalmente horizontales. Cargadora LHD: Maquina utilizada para la carga, acarreo y descarga del mineral.
El uso de equipos y obras depende del nivel de operación, las cuales se aplican a las distintas variantes con hundimiento. Pueden ser necesarios martillos picadores para reducir el material. 13
La extracción de mineral desde los puntos de extracción y su transporte a los Piques de Traspaso o puntos de vaciado ubicados a una distancia desde 80 a 120 metros a lo largo de la galería de producción. Teniendo un rendimiento que oscila entre los 600 a 1.200 ton/turno se realiza con equipos LHD (de 6 a 9 yd3); aprovechándose la fuerza de gravedad para manejar y transferir el mineral, mediante piques de traspaso, hacia los Niveles de Control y de Transporte. Típicamente el Nivel Principal de Transporte trabaja con trenes o camiones (de 20 a 50 toneladas). Puede ser factible el uso de chancadores en el Nivel de Producción y, también, el transporte con correas para reducir o eliminar los desarrollos verticales.
Ilustración 13: Equipo LHD
Ilustración 14: Dri ll jumbo
Ilustración 15: martillo picador
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Ciclo de explotación Tiempo de turnos 2 turnos de 8 horas.
Explotaciones por turno Se estima una explotación por semana dando paso para la extracción de material de alrededor de 500 toneladas al día.
Tiempo de marina Con un tiempo de carga y descarga de 30 minutos y un tiempo de viaje a estación de 20 min se tiene un tiempo de marina aproximado de 100 minutos o una hora y 40 minutos.
Transporte de mineral a planta. El tiempo a estación o a planta se calcula con la distancia que se tiene a planta por la velocidad del LHD haciendo una aproximación si tenemos la planta a unos 300 metros y normalmente nuestros equipos LHD transitan a no mas de 6 o 10 km/H se tendría un tiempo estimado de 3 min. El material enviado caerá en un camión HM400-3M0 cuál será el encargado de transportar nuestro mineral a la máquina de chancado y será sacado de la mina por un Minetruck MT42. El material extraído tiene que ser de forma lenta y especificada, debido a que, si se saca material de cualquier parte y de una manera rápida, nos encontraremos con grandes problemas de dilución. Para las etapas de desarrollo y preparación se tiene contemplado un tiempo máximo de 4 años para confeccionar cada labor minera requerida en este proyecto.
Volumen diario y mensual explotado Como el material será tronado, quiere decir que tendremos un esponjamiento alrededor del 30%, por lo tanto, tendremos un volumen esponjado total a 119.808.000 m3 con una densidad de esponjamiento de 1,77 gr/cc que es lo mismo que 1,77 ton/m3. Por lo tanto, tendremos un tonelaje de total de 212.060.160. Se extraerá con una taza de producción de 15.000 toneladas por mes o 500 toneladas diarias. Por lo tanto, se necesitan 472 meses para extraer completamente el yacimiento.
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Elementos (minerales) que se explotan usando este método El método de explotación Panel Caving con hundimiento avanzado, es un sistema normalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos y con fuerte buzamiento y/o de gran extensión vertical, de bajas leyes en Cobre, Hierro y Molibdeno. La producción masiva de extracción de menas subterráneas, bajo condiciones favorables, es una de las más eficientes, con bajos costos en la minería subterránea. Este método se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa área y son de alta potencia. Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción y cualesquiera que sean las características de la roca encajadora, pero es preferible que la resistencia de la roca que se explota sea menor que la de la roca encajadora.
Conclusión Bajo condiciones favorables el panel caving es un método de explotación económico. La extensa preparación y el prolongado tiempo que se tarda antes de que la producción alcance su capacidad máxima, que se traduce en una alta inversión inicial, son los inconvenientes más notables. Existen ciertos riesgos tales como el derrumbamiento y la fragmentación, que muchas veces, se encuentran fuera del control minero. A diferencia de Block Caving, Panel Caving es un sistema mecanizado, por el uso de equipos LHD, camiones, coreas transportadores, entre otros. A gran escala es un método que puede entregar los mejores dividendos económicos debido a su bajo costo de explotación. Es recomendable el uso de herramientas lo más mecanizadas posible para así garantizar una mayor productividad y un menor riesgo de accidentes en el personal. Las zanjas y bateas tienen una gran importancia en este método, debido a que recibe todo el mineral fracturado. Se recomienda realizar estudios a las bateas de este método, analizando su tamaño y forma, de esta forma obtener una operación fluida, sin atascamiento de mineral, y tener bateas de mayor área para recibir una mayor cantidad de material fracturado. El Panel Caving es un método que posee mayores ventajas en rocas del tipo primario, por lo que es imprescindible su implementación en este tipo de menas por sobre el Block Caving.
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Bibliografia http://www.tesis.uchile.cl/tesis/uchile/2009/valdes_r/sources/valdes_r.pdf Apuntes de Curso de Explotación de Minas, Julián Ortiz C. Universidad de Chile. Altura de Roca Primaria en Minería por Panel Caving, Antonio Karzulovic L. Apuntes Sistemas de Explotación, Bernardo Reyes Apuntes Sistema de Explotación, Eduardo Contreras Dimensionamiento de mallas de extracción, Bateas Recolectoras y Pilar Corona para Método Panel Caving en Roca Primaria, Mina El Teniente
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