OPTIMIZACIN DEL DISEO EN EL MINADO DE VETAS PARALELAS CON EL MTODO BENCH & FILL - MINA SAN CRISTBAL

Jorge Edwin Lozano Len Volcan Ca. Minera S.A.A. jlozano@volcan.com.pe

Abtract

Bench and Fill mining method is one of the methods that has been used in San Cristobal Mine, after evaluated economically and revised the morphology - characteristic of the deposit, it was concluded that this is appropriate for his application. This paper discusses the optimization of desing mining operations, basically in the design of ramps, By pass, access, etc. and their correct distribution adapted to the geometry of the deposit, taking in counts the geomechanical and structural conditions - characteristics of the rock mass and of the veins in reference. This optimization allows a significant reduction in the lengths of the minework of preparation and development, A at the same time allows quickly in sequence mining reaching high productivity (t / H-guard), hence a reduction in costs operations and Investment costs (development minework).

Resumen

El Mtodo de explotacin Bench and Fill es uno de los mtodos de minado que se viene utilizando en Mina San Cristbal, despus de evaluar econmicamente y revisado la morfologa-caractersticas del yacimiento, se concluy que este se adecua para su aplicacin. El presente trabajo trata de la optimizacin del diseo de laboreo minero, bsicamente en el diseo de rampas, By pass, accesos, etc. y su correcta distribucin adaptada a la geometra del yacimiento, tomando en cuenta las condiciones-

caractersticas geomecnicas y estructurales de la roca encajonante y de las vetas en referencia. Esta optimizacin permite una reduccin significante en las longitudes de las labores de preparacin y desarrollo, a su vez permite rapidez en la secuencia de minado alcanzando alta productividad (Tm/H-guardia), por ende una reduccin en el costo de operacin y reduccin en los gastos de inversin (labores de desarrollo).

Introduccin

En Mina San Cristbal en los niveles inferiores actualmente se explota tres vetas predominantes (Veta 658, 722 y Split 658) que conforman un sistema de vetas que son paralelas entre s. La optimizacin del diseo de laboreo minero consiste en realizar: - Rampas de brazos largos con 12% de

pendiente, se considera 0% en las curvas. - Accesos a las vetas con pendiente positiva,

distribuidos sistemticamente (equidistantes) de tal manera que forme una figura de rombo, esta distribucin permite obtener hasta 6 tajeos en produccin en un mismo nivel y para una misma veta.

- Preparacin de subniveles (pisos de explotacin) con pendiente positiva (0.5%).

- Rampas, By pass y cruceros ubicados estratgicamente, que permite dar velocidad a la explotacin, a la preparacin y al desarrollo del laboreo minero.

1. Informacin General

1.1. Ubicacin La mina de San Cristbal, polticamente est ubicada en el distrito de Yauli, provincia del mismo nombre, del departamento de Junn (Figura 1). Geogrficamente se encuentra en el flanco este de la Cordillera Occidental de los Andes centrales del Per; a 110 Kms. en lnea recta, de la ciudad de Lima. Sus coordenadas geogrficas son:

76 05' de longitud Oeste 11 43' de latitud Sur

La altitud media del distrito es de 4,700 mts sobre el nivel del mar.

1.2. Accesibilidad La mina San Cristbal es fcilmente accesible, utilizando la carretera central, de la cual, cerca de la localidad de Pachachaca, parte un ramal de 20 kilmetros que conduce a San Cristbal; adems, el ferrocarril central tiene una estacin en Yauli a 12 kilmetros del rea.

1.3. Fisiografa y clima Se caracteriza por una topografa accidentada con cumbres que llegan a los 4,900m de

altitud, las cumbres por encima de 4500msnm presenta un clima frgido o glacial, el altiplano entre 4000 a 4500msnm tiene un clima fro o de Puna. La zona est afectada por un perodo lluvioso, con mximas precipitaciones entre los meses de diciembre a abril, pero por encima de 3,900msnm las precipitaciones son en forma de nevada, granizo, pero algunas veces estn acompaadas por tormentas elctricas.

2. Geologa: 2.1. Geologa Regional El distrito minero de San Cristbal est localizado en la parte suroeste de una amplia estructura regional de naturaleza domtica que abarca ntegramente los distritos de San cristbal y Morococha, conocida como el complejo domal de Yauli que presenta una ventana de formaciones paleozoicas dentro de la faja intracordillerana de formaciones mezosoicas.

El paleozoico tiene 2 pisos, el inferior formado por el grupo Excelsior y el superior por el grupo Mitu, el Excelsior est aflorando a lo largo del anticlinal de chumpe en la parte oeste del domo y en el anticlinal de ultimtum hacia el Este, el mitu aflora en la mayor parte del domo. El margen est constituido por las formaciones mezosoicas: grupo Pucar, grupo goyllarisquizga, grupo machay y formacin jumasha. Cuerpos intrusivos y capas extrusivas testifican la actividad gnea de la zona.

2.2. Mineralizacin Vetas: Las vetas o filones fueron formados principalmente por relleno de fracturas, siendo las mejor mineralizadas aquellas que se formaron a lo largo de fracturas de tensin, las fallas de cizalla por contener mucho panizo no fueron bien mineralizadas o pbremente mineralizadas. Se encuentran localizadas en todo el distrito minero, con su mayor desarrollo en los volcnicos del grupo mitu.

Mantos: Se encuentran localizados en el flanco oeste del anticlinal, en las calizas Pucar, a partir del contacto con los volcnicos Mitu, se encuentran concordantemente con la estratificacin.

Cuerpos: Al igual que los mantos se encuentran localizados en el flanco oeste del

Figura 1: Plano de Ubicacin

anticlinal, en las calizas Pucar, y se forman por la unin de varios mantos o en la interseccin de una veta con algn manto.

2.3. Sistema de Vetas Virginia Es un conjunto de fracturas mineralizadas, ubicadas a unos 800m al norte de la veta San Cristbal, estas fracturas ocurren en el flanco occidental del anticlinal de chumpe, principalmente en los volcnicos Catalina, en las calizas las fracturas continanirregular y algunas veces terminan formando cuerpos de mineral. Por lo general la mineralizacin de las vetas del sistema Virginia no slo consiste en rellenos de fracturas, sino tambin de diseminaciones de sulfuros hacia las cajas.

El sistema de vetas Virginia geomtricamente dan una apariencia de ser paralelapor tener un rumbos y buzamiento semejantes, sin embargo se juntan hacia al oeste y tienden abrirse hacia el este.

El sistema de vetas Virginia bsicamente compuesta por las siguientes vetas principales:

La veta 722.- Presenta un rumbo promedio de N 20 E es una estructura de tensin, tenemos que las principales zonas de concentracin de mineral, en los volcnicos se encuentran donde el azimut promedio es 255 260 y 60 de buzamiento al SE, pero en las filitas entre 270 - 280 de azimut y 60 de buzamiento al SE.

La veta 658.- Presenta un rumbo promedio de N 40 E es una estructura e tensin, tenemos que las principales zonas de concentracin de mineral en los volcnicos se encuentran donde el azimut promedio es 260 - 265 y 58 de buzamiento, pero en las filitas entre 310 315 de azimut y 55 de buzamiento al SE.

La veta Split 658.- Presenta un rumbo promedio de N 40 E Presenta un rumbo promedio de N 40 E, azimut prom- 265 y 58 de buzamiento, pero en las filitas entre 310 - 315 de azimut y 55 de buzamiento al SE.

2.4. Reservas Las Reservas estimadas para San Cristbal incrementaron ligeramente debido a la

anticlinal, en las calizas Pucar, y se forman por la unin de varios mantos o en la interseccin de una veta con algn manto.

Es un conjunto de fracturas mineralizadas, ubicadas a unos 800m al norte de la veta San Cristbal, estas fracturas ocurren en el flanco occidental del anticlinal de chumpe, principalmente en los volcnicos Catalina, en

continan en forma irregular y algunas veces terminan formando

or lo general la mineralizacin de las vetas del sistema

no slo consiste en rellenos de fracturas, sino tambin de diseminaciones de

vetas Virginia geomtricamente dan una apariencia de ser paralelas entre si por tener un rumbos y buzamiento semejantes, sin embargo se juntan hacia al oeste y tienden

bsicamente est siguientes vetas

Presenta un rumbo promedio de N 20 E es una estructura de tensin, tenemos que las principales zonas de concentracin de mineral, en los volcnicos se encuentran donde el azimut promedio es 255 260 y 60

buzamiento al SE, pero en las filitas entre 280 de azimut y 60 de buzamiento al

Presenta un rumbo promedio de N 40 E es una estructura e tensin, tenemos que las principales zonas de concentracin de

encuentran donde 265 y 58 de

buzamiento, pero en las filitas entre 310 - 315 de azimut y 55 de buzamiento al SE.

Presenta un rumbo promedio de N 40 E Presenta un rumbo promedio de N 40 E, azimut promedio es 260

265 y 58 de buzamiento, pero en las filitas 315 de azimut y 55 de

Las Reservas estimadas para San Cristbal incrementaron ligeramente debido a la

persistencia de la mineralizacin en las estructuras principales tanto al este como a profundidad. Al este se ha reconocido con taladros y con frentes en los niveles 920, 1020 y 1070 en la veta Split 658, la veta 658 se ha reconocido en los niveles 630, 780 y 1020. A profundidad se ha reconocido con perfodiamantina en las vetas 722, 658, Split 658, San Cristbal y el ramal A con resultados muy favorables en espesor y leyes de Zn, Pb y Ag, confirmando que la mineralizacin profundiza 450 m debajo del nivel 1070, se observa una tendencia a aparecer nuevas estructuras y diseminados al piso y techo de la veta 658 que permite visualizar un gran potencial a mayor profundidad.

3. Geomecnica: Para la evaluacin yacimiento consideramos principios y metodologas:

Evaluacin considerando las propiedades Fsico Mecnicas de las Rocas.

Evaluacin considerando las propiedades Geolgico Ingenieriles.

Calificacin de los macizos rocosos mediante la aplicacin de los sistemas de clasificacin Geomecnica.

Determinacin del diseo y tipo de Sostenimiento.

En base a las condiciones del macizo rocoso en el rea excavada definido por los diferentes tipos de clasificacin geomecnica, se determina el tipo de soporte a colocar. En el siguiente cuadro se muestra el tipo de sostenimiento a aplicar por estructura.

0

2.000.000

4.000.000

6.000.000

8.000.000

10.000.000

12.000.000

14.000.000

16.000.000

18.000.000

1996 1998 2000 2002

6.1

56

.38

0

6.0

71

.15

0

5.0

57

.55

0

7.4

68

.25

0

7.5

34

.63

0

8.7

08

.88

0

8.9

46

.60

0

TMS

Grafico 1: Evolucin de Reservas

persistencia de la mineralizacin en las as principales tanto al este como a

profundidad. Al este se ha reconocido con taladros y con frentes en los niveles 920, 1020 y 1070 en la veta Split 658, la veta 658 se ha reconocido en los niveles 630, 780 y 1020. A profundidad se ha reconocido con perforacin diamantina en las vetas 722, 658, Split 658, San Cristbal y el ramal A con resultados muy favorables en espesor y leyes de Zn, Pb y Ag, confirmando que la mineralizacin profundiza 450 m debajo del nivel 1070, se observa una

uevas estructuras y diseminados al piso y techo de la veta 658 que permite visualizar un gran potencial a mayor

Para la evaluacin geomecnica del yacimiento consideramos los siguientes principios y metodologas:

Evaluacin considerando las propiedades Fsico Mecnicas de las

Evaluacin considerando las propiedades Geolgico Ingenieriles. Calificacin de los macizos rocosos mediante la aplicacin de los sistemas

lasificacin Geomecnica. Determinacin del diseo y tipo de

En base a las condiciones del macizo rocoso en el rea excavada definido por los diferentes tipos de clasificacin geomecnica, se determina el tipo de soporte a colocar. En el

uiente cuadro se muestra el tipo de sostenimiento a aplicar por estructura.

2002 2004 2006 2008 2010 2012

8.9

46

.60

0

8.5

81

.80

0

7.8

38

.90

0

7.8

99

.30

0

8.0

01

.40

0

8.5

47

.90

0

8.9

66

.60

0

10

.34

8.2

00

14

.45

0.7

00

15

.53

2.9

00

16

.10

4.0

00

TMS

Evolucin de Reservas

Generalmente se realiza la simulacin de deformacin de labores abiertas utilizando el software Phases. Generalmente se realizan simulaciones de explotacin de tajeos, evaluando los esfuerzos y deformaciones con las aberturas circundantes dentro de su rea de influencia.

4. Mtodo de Explotacin Bench and Fill es la combinacin de los mtodos corte y relleno ascendente con tajeos

por subniveles, el cual tiene gran aplicabilidad a vetas o cuerpos que se encuentran entre cajas inestables, que no se pueden trabajar por el mtodo de tajeos por subniveles. La caracterstica de este mtodo es el control de la estabilidad de la baja calidad de roca en las cajas mediante el uso oportuno del relleno detrtico, el cual minimiza las aberturas generadas por los disparos de los taladros largo, y mantiene una distancia horizontal mnima de trabajo entre la cara libre del tajo y el del talud del relleno. Este mtodo consiste en arrancar el mineral a partir de subniveles de perforacin mediante disparos efectuados en planos verticales, con taladros largos negativos perforados desde el subnivel superior, realizando un relleno continuo en funcin al avance de la explotacin, manteniendo una abertura constante del pie del talud hacia la cara libre, con la finalidad de controlar la estabilidad del tajo en toda su longitud. Este mtodo de explotacin tiene impacto favorable en seguridad, por minimizar la exposicin del personal a la excavacin del tajo, realizando todo el ciclo de minado mecanizado y bajo techo seguro.

5. Optimizacin del Diseo La optimizacin consiste en disear rampas de brazos largos y que a partir de esta se generen accesos equidistantes hacia las vetas de tal manera que formen una distribucin en forma de rombo.

Estructura C.Piso C.Techo Veta Calidad Sostenimiento

Veta 722 41 41 24 Regular-Pobre shotcrete, pernosSplit 658 29 29 18 Mala shotcrete, pernosVeta 658 36 36 28 Regular-Pobre shotcrete, pernosLidia 40 40 40 Mala shotcrete, pernos

Estructura C.Piso C.Techo Veta Calidad Sostenimiento

Veta 722 46 46 29 Regular-Mala shotcrete, pernosSplit 658 34 34 23 Mala shotcrete, pernosVeta 658 41 41 33 Regular-Mala shotcrete, pernosLidia 35 35 35 Mala shotcrete, pernos

Estructura C.Piso C.Techo Veta Calidad Sostenimiento

Veta 722 3.75 3.75 0.62 Mala shotcrete, pernosSplit 658 2.72 2.72 1.98 Mala shotcrete, pernosVeta 658 5 5 2.5 Mala-Regular shotcrete, pernosLidia 1.38 1.38 1.38 Mala shotcrete, pernos

GSI

RMR

Q

BackfillOre

Blasted Ore

Retreating

Drilling Equipment Truck backfills after most ore is mucked

Remote ControlLHD Equipment

Floor can be of any type: Ore, backfill or sill (mat) pillar

Tabla 1: Tipo soporte por estructura

Figura 2: Simulacin de tajeo

Figura 3: Simulacin de tajeo con laboreo circundante

Figura 4: Mtodo Explotacin Bench And Fill

Figura 5: Perspectiva diseo propuesto

5.1. Descripcin del Diseo Propuesto

a. Labores de Desarrollo Esta operacin se realiza para hacer posible la explotacin de mineral contenido en el yacimiento, que consiste en los trabajos previos para establecer los accesos a las reservas minerales.

Rampas: El diseo contempla en ejecutar rampas de brazos largos a lo largo de la mineralizacin en forma paralela distanciado a 60.0 m en promedio con respecto a la veta. Se ejecutar con una pendiente de 12% en los brazos y 3% en las curvas, con una seccin de 4.5 x 4.5 m para el trnsito de camiones de 18m3 de capacidad. La ubicacin espacial de la rampa est supeditada a la ubicacin de los blocks de mineral econmicos.

By Pass y Cruceros: Se realizaran en los niveles principales, los cruceros se ejecutaran para cortar las estructuras de forma perpendicular y a partir de estos se realizaran By pass paralelos a la veta a una distancia promedio de 50.0 m.

Laboreo Vertical: Las labores verticales de Ventilacin sern ejecutadas por equipos mecanizados raise borer, bsicamente servirn como infraestructura: Ventilacin, servicios y echaderos.

b. Labores de Preparacin Los trabajos de preparacin consisten en disear en el terreno la forma de cmo extraer el mineral mediante un mtodo de minado (Bench and Fill), para este caso generalmente se preparan subniveles y accesos desde las rampas, cruceros y bypass.

Subniveles: Cortada la veta ya sea con accesos o cruceros se ejecutan los subniveles sobre veta a todo el ancho de la estructura con 1% de gradiente.

Accesos: A partir de las rampas se realizaran accesos con pendiente positiva (3% a 6%), con una seccin de 4.0 x 4.0 m, de tal manera que formen una distribucin de accesos en rombo, que permiten las actividades cclicas de perforacin, la limpieza y el relleno detrtico cumpliendo con el ciclo de minado optimo en el banqueo de los tajos.

5.2. Ventajas del Diseo Propuesto

La optimizacin en el diseo conllevara a una reduccin del costo de operacin mina.

La optimizacin en el diseo conlleva a un menor metraje en preparaciones y desarrollos.

En el diseo planteado todos los accesos a la veta son positivos (3%-6%), facilita el drenaje producto de las filtraciones en los tajeos.

El diseo propuesto en la actividad de limpieza permite utilizar echaderos o carguo a dumper en el mismo acceso al tajo.

Figura 6: Vista en planta diseo de rampa

Figura 8: Detalle de rampa y accesos 3D

Figura 7: Seccin tpica de subnivel

Menor esfuerzo de los equipos al trnsito por las rampas (12%), incrementa su produccin.

El mtodo es seguro por minimizar la exposicin del personal al tajo en explotacin, el manejo de los subniveles son fciles para ventilar

5.3. Desventajas del Diseo Propuesto

Las rampas deben realizarse en paralelo, si una de estas no cumple el programa se tendr problemas en la preparacin de Sub niveles (Pisos)

Mayor produccin de desmonte debido a que el diseo de las rampas es de 4.5 x 4.0 m de seccin y el diseo de accesos contempla una seccin de 4.0 x 4.0 m.

El carguo de taladros se realiza por el piso inferior (De abajo hacia arriba).

6. Secuencia de Minado Con el diseo optimizado el ciclo de minado se hace ms eficiente, se destacan las siguientes ventajas:

Dos frentes de ataque, en banqueo. (Hasta 6 tajos operativos por veta)

Limpieza por un mismo acceso, para dos frentes de ataque.

Permite ciclar el proceso, mayor % utilizacin de los equipos.

Alta productividad, permite reducir el costo de operacin.

6.1. Perforacin La perforacin es la base del ciclo de minado ya que con una mala perforacin el resto del ciclo de minado ser tambin defectuoso. Para el clculo del burden y espaciamiento de la malla de perforacin, se toma en cuenta: la perforabilidad y geologa estructural del macizo rocoso, el tamao de fragmentacin requerida, el dimetro del taladro, la longitud

del taladro, la orientacin y espaciamiento entre taladros, y la desviacin permisible de perforacin. Dichos factores determinan el tipo de la mquina perforadora as como el diseo de la malla de perforacin de los taladros largos. Para la perforacin de taladros largos se utilizan los equipos Simba S7D y Miniraptor.

6.2. Voladura Para un buen control de la voladura, se necesita cuantificar y controlar algunas variables, permitiendo esto obtener una buena fragmentacin.

Variables no controlables: - Caractersticas geomecnicas del

macizo rocoso. - Geologa Local, Regional y estructural. - Hidrologa y condiciones ambientales.

Variables controlables: - Geomtricas, (Burden, Espaciamiento,

dimetro, longitud de taladros.) - Fsico-Qumicas (Densidad, velocidad

de detonacin, volumen de la Mezcla explosiva)

- De tiempo (Retardo y Secuencia) - Operativos (experiencia del personal,

fragmentacin requerida)

6.3. Limpieza La limpieza del mineral roto se realizara mediante scooptram de 6.0 Yd3 provistos de control remoto hacia cmaras de acumulacin o echaderos de mineral, para desde aqu transportarlo mediante volquetes de 25 TM, hasta la Planta de Beneficio Victoria de la U.E.A. Yauli.

Figura 9: Secuencia de minado

Figura 10: Seccin tpica perforacin tal. Largos

6.4. Relleno Cuando se alcance con la limpieza del mineral roto la mximo abertura permitida en los tajos de taladros largos, se procede inmediatamente al proceso de relleno con desmonte con ayuda de equipos de bajo perfil (scooptram), para lo cual debe haber una berma de seguridad para evitar que el equipo ceda en la plataforma de descarga.

6.5. Sostenimiento Una vez cerrado el espacio abierto del tajo dejando la cara libre necesaria para el prximo disparo de taladros largos, se procede a realizar un nuevo desatado general y a completar todo sostenimiento deteriorado por la voladura, reforzando las nuevas zonas inestables producto del minado.

7. Costos y Productividad

7.1. Comparacin de Costos La siguiente tabla muestra la diferencia de costos a obtener optimizando el diseo.

7.2. Productividad del Mtodo La siguiente tabla muestra la productividad a obtener optimizando el diseo.

8. Beneficios La siguiente tabla muestra los beneficios a obtener optimizando el diseo.

9. Conclusiones:

En Mina San Cristbal las Vetas 658, 722, Split 658 tienen las condiciones para la aplicacin del mtodo de explotacin referido y con el diseo propuesto.

La optimizacin en el diseo Incrementa la productividad de los tajeos, alcanzando 31.45 Tm/H-guardia

Reduce del costo de operacin en 5.27 US$/Tm.

Se estima un Ahorro/Beneficios en el margen de 6000,000.00 US$ al ao.

10. Referencias Bibliograficas: Mining Egineering Handbook,

Society for Mining, Metallurgy , exploration Littleton, Colorado (1972)

Eleccin y critica de los mtodos de explotacin en minera, B. stoces Ediciones Omega, 1963

Diseo de minas subterrneas E. Rubio, S. Troncoso y V. Ribero Universidad de Chile Facultad de Ingeniera Civil de Minas

Tabla 2: Diferencia de costo operativo

Tabla 3: Productividad del mtodo

Tabla 4: Beneficios del diseo propuesto