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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de Ingeniería de Minas MI 115 Métodos de Explotación Subterránea Ciclo 2017 - I

METODO DE EXPLOTACION: HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (SUB LEVEL CAVING)

FGrimaldoZ / Julio 2017

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METODO DE EXPLOTACION: HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (SUB LEVEL CAVING)

1er. Hundimiento aprox. 12 m x 16 m

2do. Hundimiento aprox. 25 m x 30 m

Observe agrietamiento

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Efectos iniciales subsidencia del método de Sub level caving en el Tajo Tinyag

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METODO DE EXPLOTACION: HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (SUB LEVEL CAVING)

Descripción General Aplicado al inicio solo a terrenos débiles que colapsaban al remover el sostenimiento. Se construían galerías enmaderadas en mineral; que al removerse en un extremo se derrumbaba y jalaba. Si la dilución era excesiva se removía el segundo set y así sucesivamente. El método tenía alta dilución, pobre recuperación y muy lento, pero era la única forma para minar este tipo de cuerpo mineralizado. Recientemente, el método se ha adaptado a rocas más competentes que necesitan ser perforadas y disparadas; sin embargo, las cajas son las que se derrumban por lo que el método mantiene su nombre. Los subniveles se hacen a intervalos verticales, teniendo acceso mediante rampas. La galería de acarreo va en desmonte y paralela al eje más grande del cuerpo. Las chimeneas (slot raise) se hacen al extremo de los subniveles y desde allí se expanden en retirada. Se perfora hasta pasar el siguiente subnivel.

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Descripción General (continua) Cuando se tiene un suficiente número de anillos perforados, se empieza la voladura.

Se emplean equipos LHD para remover el mineral que cae a la galería. Al inicio cuando se mina un área muy pequeña, las paredes no se derrumban y la operación será similar a un tajeo por subniveles; pero después, las paredes se van derrumbando y rellenan los vacíos creados, por lo que el mineral se mezclará con el desmonte medida que proceda el jale. Este proceso se repite en cada una de las galerías de producción y se hace en retirada.

Cuando el nivel superior culmina, se empieza en otro subnivel debajo y así sucesivamente hasta que todo el mineral sea removido. Se sigue una secuencia estricta de minado. Esta descripción general es común a todos los hundimiento o derrumbe por subniveles, pero los layouts son modificados para conformar la forma particular y el buzamiento de los cuerpos mineralizados. FGrimaldoZ / Julio 2017

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Slot Raises

B A

Cuerpo mineralizado A

Chimenea ventilación

B

LAYOUT TIPICO EN HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES.

Echadero mineral

Galerías de producción en el nivel inferior (líneas punteadas)

Min era l

Derrumb e Desmont e

Lim pie za

Min era l Carguío y voladura

Mineral

Roca encajon ante

Fan drilling Slot de arranque

Subnivel

Mineral

Desarrollo

Galeri a caja piso

SECCION A-A. Muestra las 04 operaciones principales

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SECCION B-B. Sección típica

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APLICACIÓN DEL METODO DE HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES Características de la roca

El mineral roto está rodeado por los tres lados de dilución. Para el control son necesarios: techos fuertes en la galería (unión entre los huecos de la perforación con el techo de la galería) y una buena fragmentación. El mineral debe ser lo suficientemente fuerte para permanecer sin un excesivo sostenimiento; ser adecuado para perforar taladros de 15.2 m o más y que se mantengan abiertos para que sean cargados con los explosivos. Las cajas deben ser tan débiles permitan derrumbarse.

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APLICACIÓN DEL HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES (continua) Tamaño, Forma y Buzamiento Lo mejor es tener un cuerpo con un buzamiento vertical, pero es satisfactorio un buzamiento medio 60º y no es satisfactorio buzamientos menores de 60º a cuerpos muy echados, a menos que la potencia del mineral sea amplia. En cuerpos con buzamiento vertical, como hay un nivel inferior para extraer el mineral la recuperación es relativamente buena. Lo contrario ocurre cuando el cuerpo mineralizado es plano: una porción de mineral no se mina, hay un alto costo de desarrollo por tonelada y baja recuperación. En un buzamiento intermedio, se pierde un poco de mineral en la caja piso, pero las recuperaciones son relativamente buenas.

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LAYOUT DEL HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES Introducción Es beneficioso el uso de modelos para determinar parámetros del cuerpo mineralizado y entender los principios involucrados; además sirven para el entrenamiento del personal. La importancia de obtener el mejor layout posible y el control de la producción no se pasa por alto; es esencial un buen entendimiento del proceso por parte de todo el personal. Un pequeño cambio en la recuperación puede tener una gran influencia en los ingresos. Se debe encontrar una correlación razonable entre los modelos de prueba y los resultados reales (para entender la limitación del modelo). La principal diferencia se debe a que el mineral es disparado contra la carga fragmentada.

El volumen y peso son funciones cúbicas, que no pueden representarse apropiadamente en el modelo.

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A

B

C

ABERTURA DE EXTRACCION CON ANCHO AMPLIO

A

B

C

FORMA SIMPLIFICADA DE LA ZONA DE EXTRACCION CREADA EN EL SUBLEVEL CAVING SEGÚN LA ABERTURA DEL ACHO DE EXTRACCION FGrimaldoZ / Julio 2017

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LAYOUT DEL HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES (continua) Secciones transversales o longitudinales? En cuerpos mineralizados anchos (mayores de 12 a 15 m), se usan layout transversales. Los subniveles usualmente se orientan angulados al rumbo para facilitar el giro desde la galería de acarreo. La recuperación es mejor con un layout transversal, a medida que se explota de la caja techo a la caja piso. La galería de acarreo se hace en desmonte sobre la caja piso, aprox. a 9 metros del contacto. Esto asegura que la voladura no afecte la intersección, que de ocurrir ocasionaría pérdidas de mineral y menores recuperaciones.

Para ubicar apropiadamente los subniveles es necesario hacer perforaciones diamantinas de contorneo del cuerpo; si no se ubican adecuadamente originará también pérdidas de mineral.

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LAYOUT DEL HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES (continua) Altura del subnivel En teoría, la distancia vertical entre los subniveles sería tanto como sea posible. En la práctica, algunos factores gobiernan esta dimensión: Buzamiento del cuerpo: Si es vertical, no hay restricción. Si el cuerpo está echado, la altura se reduce para evitar que se cuelgue completamente el desmonte de la caja. Habilidad para perforar, cargar y romper la roca a un nivel satisfactorio y el costo: Los taladros se desvían y los costos se incrementan rápidamente con la longitud. Si el mineral es débil, puede ser difícil mantener los taladros perforados abiertos para el carguío. Si el mineral no está bien fragmentado, la recuperación de mineral y la dilución se afectará seriamente. Son comunes las alturas de los subniveles de 9 a 12 m con longitudes máximas de perforación entre 15 a 18 m.

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LAYOUT DEL HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES (continua) Espaciamiento de los subniveles de producción y ancho del pilar Hay una relación distinta entre la altura de los subniveles y el ancho óptimo del pilar y por consiguiente el espaciamiento entre las galerías de producción. La excentricidad del derrumbe puede ser estimada en un modelo de pruebas y del cálculo teórico del espaciamiento. El ancho seleccionado para la galería también es un factor. Un arreglo ideal es que el ancho de la galería sea igual al pilar, pero esto no es practico. Las condiciones del suelo deben ser consideradas y también la malla de perforación (abanico). Con alturas de subniveles de 6 a 9 metros, es satisfactorio un ancho de pilar de 6 metros. Este puede incrementarse a 7.6 metros si el pilar no es tan fuerte para sostener la carga. FGrimaldoZ / Julio 2017

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DESMONTE

DERRUMBE DESMONTE

MINERAL DISPARADO

ANILLOS LISTOS PARA DISPARAR

MINERAL LISTO PARA CARGAR

MINERAL IN SITU

MINERAL EN JALE

10 a 12 metros

7.5 a 12 metros

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DIAGRAMA DE UNA SECCIÓN ESQUEMATICA DE UNA OPERACIÓN TIPICA DE HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES

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SECCION ESQUEMATICA DE SUBNIVELES EN EL BUZAMIENTO DE LA ESTRUCTURA MINERALIZADA FGrimaldoZ / Julio 2017

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LAYOUT DEL HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES (continua) Tamaño y forma de la galería de producción La galería debe ser lo más ancha posible, con un buen sostenimiento al techo y esquinas. Para un óptimo jale los techos deberían ser los más planos posibles; en este forma el mineral caerá en todo el ancho de la galería. Si el techo está en arco la carga se concentrará en el centro y no se moverá en los lados. El desmonte luego se jalará en la parte central antes que todo el mineral sea recuperado. Si los techos tienen que ser arqueados por efectos del sostenimiento, las galerías de producción estarán lo más cercanas posibles. Cuando se cargue el mineral, queda algo de mineral remanente en la pila. La cantidad se incrementa con una mayor altura de la galería, por lo que la galería debe ser lo más baja posible, consistente con el tamaño del equipo de perforación y los ductos de ventilación. Es casi común una altura de galería de 3.2 metros. FGrimaldoZ / Julio 2017

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METODO DE EXPLOTACION: HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (SUB LEVEL CAVING) LAYOUT DEL HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES (continua) Perforación en abanico La práctica actual es que la perforación en abanico tiene una forma elipsoide. Los taladros son más inclinados (mayor de 70º) y se ubican en las esquinas de la galería para obtener un ancho máximo de garganta. Los espaciamientos de los pie de taladros van de 1.5 a 1.8 m. Usualmente van 8 taladros en un abanico, con una perforación total de unos 100 metros en un subnivel que tiene 9 metros de altura. El burden entre los abanicos se diseña para tener una buena fragmentación y varía de 1.2 a 2.7 metros. La inclinación de abanicos es determinada por el tamaño relativo de la roca rota de mineral y el desmonte. Como el material más fino tiende a ocupar los vacíos dentro de los gruesos, el abanico debería inclinarse hacia atrás si el mineral es más fino que el desmonte e inclinarse hacia delante si el desmonte es más fino que el mineral. La perforación hacia atrás no es práctica si las pestañas son débiles. Hay poca diferencia entre las perforaciones, por lo que estas deben estar entre 70º a 80º. FGrimaldoZ / Julio 2017

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LAYOUT DEL HUNDIMIENTO DE SUBNIVELES (continua)

Sostenimiento de la pestaña (en la boca de jale) Este es un factor crítico en la performance del hundimiento de subniveles. Todas las actividades de perforación y voladura de los desarrollos, etc. son preparaciones necesarias para el jale actual de mineral desde las pestañas. Si falla la pestaña el mineral fluye hasta cubrir la siguiente fila de taladros, convirtiéndose esta en una operación peligrosa y se pueden perder los taladros, complicando la voladura y al método.

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DESMONTE DESMONTE

MINERAL

PESTAÑA INTACTA

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MINERAL

PESTAÑA COLAPSADA

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METODO DE EXPLOTACION: HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (SUB LEVEL CAVING) REQUERIMIENTOS TECNICOS Secuencia de minado Es esencial controlar el ciclo de minado para evitar la indeterminación de las áreas que están aún en producción, o voladura de taladros que están cargados con explosivos. Desarrollo y sostenimiento Se requiere mucho desarrollo, los subniveles extraen prácticamente el 15% o más del mineral a explotar.

Adicionalmente se requieren una o dos rampas de acceso a estos subniveles. Las rampas es preferible hacerlas con gradiente de 15%, con radios de giros para el pase del equipo. Los subniveles deben ser sostenidos adecuadamente para su corta vida. Las interesecciones de galerías de acarreo y producción requieren un cuidado especial. Las áreas más críticas son las pestañas en los puntos de jale y se debe emplear un método satisfactorio: si el terreno es fuerte, no se requerirá sostenimiento adicional, pero si el terreno es medio se colocarán pernos, shotcrete, madera, acero, etc. a fin de mantenerla. FGrimaldoZ / Julio 2017

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REQUERIMIENTOS TECNICOS (continua) Perforación y voladura Los taladros deben estar cuidadosamente alineados y perforados con mucho cuidado. Los topógrafos deben marcar y controlar las inclinaciones. El carguío y voladura de los taladros debe ejecutarse con sumo cuidado, la gente debe ser experta y no es conveniente aplicar sistema de incentivos en función a metros perforados. Para el carguío de los taladros hay que limpiarlos bien. Si no se perforan bien los taladros y no se los carga adecuadamente, quedará un puente o arco y solo saldrá una parte del abanico. Si esto sucede se tendrá que disparar mas anillos antes que sea necesaria hacer otro slot, con la considerable pérdida de mineral. Una característica del hundimiento de subniveles es que la voladura sale contra la roca rota; por lo que el factor de potencia debe ser mayor para contrarrestar este confinamiento (0.3 a 0.4 kg/t). FGrimaldoZ / Julio 2017

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DESMONTE

PUENTE

MINERAL DISPARADO

GRAFICO DE FORMACIÓN DE PUENTES POR MALA VOLADURA

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REQUERIMIENTOS TECNICOS (continua) Limpieza o extracción de carga Es importante emplear un equipo de carguío que actúe sobre la carga eficientemente. Los LHD son los más adecuados, comúnmente se emplean scoops de 5 yd3. Para maximizar la producción será necesaria que las vías de transporte estén en óptimas condiciones. Como tiene corta vida los subniveles no es conveniente emplear concreto, pero se le puede colocar agregados que estén lo suficientemente compactados. Es importante volar los bancos que se atracan tan pronto como ellos aparezcan para asegurar la continuidad del flujo de mineral.

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REQUERIMIENTOS TECNICOS (continua) Ventilación Se requiere ventilación auxiliar para los frentes de trabajo, en vista que estos son puntos ciegos. Se diseñará en función de cumplir los requerimientos legales y de acuerdo al equipo que se tenga.

Drenaje Se requerirá un buen drenaje en las galerías de producción y las galerías de acarreo para que no hayan problemas con el equipo trackless. La gradiente debería ser de un 3% para facilitar el drenaje.

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METODO DE EXPLOTACION: HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (SUB LEVEL CAVING) CONTROL DE LA EXTRACCION Cut Off Este punto es sumamente importante, dado a que determinará la economía del mineral a extraerse. Como es sabido, primero se determinará un valor teórico. El control debe ser lo más preciso posible. Para esto se tienen dos metodologías de muestreo: Método visual: En este caso debe ser posible distinguir clara y visualmente, que es mineral y que es desmonte. Si el mineral in situ tiene por ejemplo 2% y el cut off es 0.5%, luego se jalará la carga cuando visualmente hasta que en la mezcla se observe que se tiene 75% de desmonte y 25% de mineral. Se controlará la carga que se va jalando. Sistema de muestra y ensayo: Se aplica cuando es difícil distinguir entre mineral y desmonte. Se tiene que minimizar el tiempo para obtener los resultados de las muestras tomadas en mina. En este caso se debe ver la practicidad, para que no afecte la producción de mineral y al método en sí.

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RECUPERACION, EXTRACCIÓN Y DILUCION Recuperación

Se refiere a las reservas de mineral recuperadas. Para estimarla es necesario tener el layout del modelo de subniveles y medir el volumen cubierto por ellas; luego aplicar una recuperación anticipada de las unidades disparadas, teniendo en mente que el mineral no puede ser recuperado completamente en el nivel inferior. Consecuentemente los remanentes se pierden en el nivel del fondo.

Extracción

Es el porcentaje de toneladas jaladas a las toneladas disparadas.

Dilución

Se refiere al mineral marginal o desmonte jalado con el mineral que causa que la ley de mineral decline hasta que alcanza su cut off, y es igual a: Desmonte -----------Desmonte + mineral Esto puede ser expresado como: Ley in situ – ley extraída ------------------------------ley in situ – ley de dilución FGrimaldoZ / Julio 2017

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RECUPERACION, EXTRACCIÓN Y DILUCION (continua) Se deduce de la fórmula anterior se incrementa en proporción a la diferencia entre la ley de mineral y el cut off deseado. Hay una relación cercana entre la recuperación, extracción y dilución y se debe encontrar un balance óptimo. La dilución no es usada directamente, porque es complicada por llevar valores tan bajos. Los parámetros a mirar son las leyes relativas del mineral disparado y jalado, la recuperación de las unidades de metal, y el rate de extracción.

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EQUIPAMIENTO Y MANTENIMIENTO Equipo de producción Carguío y limpieza: Son recomendables equipos LHD accionados a combustible. Equipo de perforación: Jumbos de 2 y 3 brazos. La tracción puede ser neumática o a diesel. Equipo de voladura: Cargadores neumáticos de ANFO o slurry montados sobre vehículos diesel Vehículos de servicio Se requieren vehículos diesel para transportar los repuestos y al personal. Son diseñados especialmente. Mantenimiento Se debe contar con un sistema de mantenimiento preventivo desde el inicio de las operaciones. Los talleres deben estar bien equipados y tener los espacios adecuados. Es necesaria una amplia cooperación entre el personal de operaciones y mantenimiento. FGrimaldoZ / Julio 2017

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PERFORMANCE Operaciones unitarias Con jumbos de 2 brazos y una buena practica de perforación se puede alcanzar hasta 152 metros perforados por turno. Para los equipos LHD de 5 yd3 se puede alcanzar las 450 t/turno en una distancia media de 213 m y bajo buenas condiciones de trabajo. Total Se puede alcanzar una eficiencia total de 36 t/hombre-guardia.

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METODO DE EXPLOTACION: HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (SUB LEVEL CAVING) VENTAJAS Puede aplicarse a rocas duras y a terrenos moderadamente competentes. Es flexible y puede aplicarse a cuerpos irregulares (cuerpos amplios o angostos desde 3.7 m) El empleo de subniveles de arranque autosostenidos, proveen a la prevención de accidentes Se adecuan para un alto nivel de mecanización Las actividades pueden simplificarse, con el entrenamiento y reduciendo cantidad de personal No se dejan pilares, las recuperaciones son altas. Se aplica el método exitosamente a la recuperación de pilares.

La explotación tiene galerías de configuración uniforme. Se puede variar el ritmo de producción. Hay independencia de operaciones unitarias. FGrimaldoZ / Julio 2017

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DESVENTAJAS Alta dilución Controlo propiamente de la dilución debe ser sumamente estricto. Al igual que los controles del sostenimiento del techo, buenas prácticas en perforación y voladura. El control de la salida de producción debe ser sumamente estricta. Tiene un alto costo de desarrollo: subniveles, rampas, chimeneas y ore passes en desmonte. Se produce subsidencia, con destrucción de la superficie.

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SUBSIDENCIA EN SUPERFICIE EXPLOTACION SLC 6 metros

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Resumen del Método

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1. Geometría del Yacimiento

Aceptable

Optimo

Forma

Tabular

Tabular

Potencia

Media

Grande

Buzamiento

Cualquiera

Vertical

Tamaño

Medio

Grande

Regularidad

Media

Alta

2. Aspectos Geotécnico

Aceptable

Optimo

Resistencia (Techo)

>100 MPa

>50 MPa

Resistencia (Mena)

>50 MPa

>50 MPa

Fracturación (Techo)

Media-Alta

Alta

Fracturación (Mena)

Media

Baja