Curso Block Caving & Panel Caving ( P Cavieres 2007)

Introducción a los Métodos de Explotación

Block Caving / Panel Caving

y sus variantes

Preparado por: Patricio Cavieres

Profesor part-time USACH

Preparado para: Tópico Especial USACH

2º Semestre 2007

Programa del Curso

• Material bibliográfico de apoyo

• Introducción

• Conceptos fundamentales y definiciones básicas

• Historia del Block Caving (BC)

• Panel Caving (PC) y Variantes de Explotación

• Diseños Mineros: N. Hundimiento y N. Producción

• Sistemas de Traspaso de Mineral

• Trabajo de taller: diseños de BC y PC

• Evaluación final del curso y actividades futuras

Material Bibliográfico del Curso

• “Evolución de los métodos de Explotación en la Mina El Teniente”, Tarea de Diplomado en Geotecnia y Geomecánica, U. de Chile, 1999, P. Cavieres.

• “Block Caving Geomechanics”, The International Caving Study Stage I 1997-2000, JKMRC, Universidad de Queensland-Australia, 2003, E. T. Brown.

• “Underground Mining Methods”, SME, 2001, W. Hustrulid & R. Bullock Edits.

• “Techniques in Underground Mining”, SME, 1998, R. Gertsch & R. Bullock Edits.

• Proceedings del MassMin años 2000 (Australia) y 2004 (Chile).

• “Dimensionamiento de distancias entre Puntos de Extracción y Niveles de Producción-Socavación para Método Panel Caving en Roca Primaria Mina El Teniente”, Tesis de Grado Ing. Civil Minas, Universidad de Santiago, 2002, Juan C. Arce.

• “Parametrización y Criterios de Diseño aplicados al Sistema de Traspaso en Mina El Teniente”, Tesis de Grado Ing. Civil Minas, Universidad de Santiago, 2001, Karin Román.

Introducción

• El BC y PC corresponden a métodos de explotación por hundimiento gravitacional masivo.

• Son métodos de bajo costo y alta productividad, lo que los hace económicamente atractivos.

• Permiten un alto grado de mecanización con tecnologías probadas. Mediante tecnología innovadora permiten automatización (equipos LHD, trenes, camiones, correas transportadoras).

• Muchos proyectos nuevos están hoy siendo diseñados con BC/PC.

• Muchas minas de rajo abierto migrarán a faenas subterráneas con BC/PC.

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

YEAR

TO

NN

ES

PE

R D

AY

Bingham Canyon

Climax

Salvador

Kiruna

Mount Isa

San Manuel

El Teniente

MiamiRidgeway

Em

erge

nce

of m

oder

n m

inin

g ge

omec

hani

cs. F

ound

ing

of

ISR

M

Inte

rnat

iona

l C

avin

g S

tudy

Impe

rial

Col

lege

un

derg

roun

d ex

cava

tion

s pr

ojec

t

Olympic Dam

Andina

Freeport IOZ/DOZ

Henderson

Malmberget

Palabora

PremierKidd Creek

Brown (2004)

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040

YEAR

TO

NN

ES

PE

R D

AY

Bingham Canyon

Climax

Salvador

Kiruna

Mount Isa

San Manuel

El Teniente

MiamiRidgeway

Em

erge

nce

of m

oder

n m

inin

g ge

omec

hani

cs. F

ound

ing

of

ISR

M

Inte

rnat

iona

l C

avin

g S

tudy

Impe

rial

Col

lege

un

derg

roun

d ex

cava

tion

s pr

ojec

t

Olympic Dam

Andina

Freeport IOZ/DOZ

Henderson

Malmberget

Palabora

PremierKidd Creek

Brown (2004)

Minas y Proyectos explotados por métodos subterráneos

Las mayores capacidades de producción son BC/PC

Conceptos fundamentales

• El método de BC/PC se basa en hacer un corte basal horizontal al macizo rocoso (socavación).

• Aprovecha la energía gravitacional para propagar el hundimiento en altura.

• Realiza la extracción desde la infraestructura existente bajo el área socavada.

• Cuenta con un sistema de manejo de materiales para transportar el mineral hasta exterior mina.

Método BC/PC: Propagación del hundimiento en altura

Subsidencia: es el quiebre del macizo rocoso en altura por efecto de la socavación y posterior extracción de mineral, lo cual produce una cavidad de mineral fracturado, cuya manifestación inicial en la superficie topográfica es la depresión del terreno y posteriormente la generación de una gran cavidad, llamada “Cráter de Subsidencia”.

Mina Climax, USA (1945) Mina Blyvooruitzig, Sudáfrica (03.08.64)

Mina Henderson, USA (1987) Mina Río Blanco, Chile (1989)

Efecto de la subsidencia en superficie (Karzulovic, 1999)

Método BC/PC: Efecto de la subsidencia en superficie

socavación

Propagación del hundimiento

Extracción del mineral

• Hundibilidad (asegurar la propagación del hundimiento en altura)

• Fragmentación

• Subsidencia

• Sismicidad (roca dura)

• Colgaduras

• Métodos de inducción

• Asegurar la socavación basal

• Estabilidad del nivel

• Flujo gravitacional

• Diseños ad-hoc para la granulometría mineral

• Estabilidad del nivel

• Manejo de materiales

Conceptualización del BC/PC

0 10 20 30 40 50 60 70 800

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Min

ing

Roc

k M

ass

Rat

ing

, MR

MR

Hydraulic radius of the undercut area, HR (m)

Caving zone

Stable zone

Transit

ional z

one

INCA OESTE SECTOR

NORTHPARKES

EL TE

NIENTE

”S C

URVE

(PRIM

ARY ORE)

0 10 20 30 40 50 60 70 800

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Min

ing

Roc

k M

ass

Rat

ing

, MR

MR

Hydraulic radius of the undercut area, HR (m)

Caving zone

Stable zone

Transit

ional z

one

INCA OESTE SECTOR

NORTHPARKES

EL TE

NIENTE

”S C

URVE

(PRIM

ARY ORE)

Hundibilidad: Nomograma de Laubscher

Flores & Karzulovic, 2003 b

HR = Area / Perímetro

Indices IRMR-MRMR (Laubscher y Jakubec)

“INTACT” ROCK STRENGTH

IRSSPACING BETWEEN STRUCTURES

JSCONDITION OF THE STRUCTURES

JC

GEOLOGICAL-GEOTECHNICAL INPUT

VOLUME (0.8)PRESENCE OF STRUCTURES MINOR (0.6 to 1.0)

PRESENCE OF CEMENTED STRUCTURES (0.7 to 1.0)

ADJUSTMENTSREQUIRED

TOEVALUATE

IRMR

WEATHERING(0.3 to 1.0)

MININGINDUCED

STRESSES(0.6 to 1.2)

RATING: 0 to 25 RATING: 0 to 35 RATING: 0 to 40

STRENGTH OF THE BLOCKSTHAT FORM THE ROCK MASS

BS

IN SITU ROCK MASS RATING (0 to 100)

IRMR

RATINGSTHAT

DEFINE

IRMR

ORIENTATIONOF THE

STRUCTURES(0.63 to 1.0)

BLASTING(0.8 to 1.0)

WATER(0.7 to 1.1)

MINING ROCK MASS RATING (0 to 100)

MRMR

ADJUSTMENTSREQUIRED

TOEVALUATE

MRMR

“INTACT” ROCK STRENGTH

IRSSPACING BETWEEN STRUCTURES

JSCONDITION OF THE STRUCTURES

JC

GEOLOGICAL-GEOTECHNICAL INPUT

VOLUME (0.8)PRESENCE OF STRUCTURES MINOR (0.6 to 1.0)

PRESENCE OF CEMENTED STRUCTURES (0.7 to 1.0)

ADJUSTMENTSREQUIRED

TOEVALUATE

IRMR

WEATHERING(0.3 to 1.0)

MININGINDUCED

STRESSES(0.6 to 1.2)

RATING: 0 to 25 RATING: 0 to 35 RATING: 0 to 40

STRENGTH OF THE BLOCKSTHAT FORM THE ROCK MASS

BS

IN SITU ROCK MASS RATING (0 to 100)

IRMR

RATINGSTHAT

DEFINE

IRMR

ORIENTATIONOF THE

STRUCTURES(0.63 to 1.0)

BLASTING(0.8 to 1.0)

WATER(0.7 to 1.1)

MINING ROCK MASS RATING (0 to 100)

MRMR

ADJUSTMENTSREQUIRED

TOEVALUATE

MRMR

Definiciones básicas (after Brown, 2004)

• Block Caving (BC): un método de explotación de hundimiento gravitacional masivo, en el cual el bloque mineralizado se prepara (desarrollo y construcción), socava y, posteriormente, se extraen las reservas mineras. Dependiendo del tamaño del yacimiento, dicho bloque puede representar el plan minero completo de la mina. Frente de explotación “estático”.

• Panel Caving (PC): una forma de explotación masiva por hundimiento gravitacional, en la cual el yacimiento se prepara, socava y extrae progresivamente en “tajadas” (paneles paralelos). Frente de explotación “dinámico”.

Método Block Caving típico

Desarrollo & Construcción

1

Socavación

2

Extracción

3

Agotado

4

Método Panel Caving típico

Desarrollo & Construcción1

Socavación2

Extracción3

Agotado4

Método Panel Caving típico

Mina Henderson

(MassMin-2000)

Secuencia general de explotación en PC: Mina Henderson (MassMin-2000)

Historia del BC

Shrinkage Stopping

Historia del BC

Pillar Caving

Historia del BC: sin pilar de protección

Historia del BC: con pilar de protección

Historia del BC

Evolución del BC y Sistemas de Traspaso

Historia del BC

Método BC actual

Historia del BC: método con scrapers

Panel Caving y Variantes de Explotación

Razones del cambio desde BC a PC

• El BC se adapta a minerales de fragmentación fina a media (scrapers) y de menor dureza.

• El PC nació por la necesidad de manejar una fragmentación de mayor tamaño y una roca de mayor dureza.

Esto significó incorporar la mecanización en las operaciones unitarias con la introducción de equipos LHD, martillos picadores, niveles de reacarreo (trenes, camiones o correas).

Se aumentó el tamaño de las excavaciones y de la malla de extracción (distancia entre calles y zanjas de producción).

Método PC actual

Variantes de Explotación en PC

Esfuerzos Principales v/s Distancia al Frente de SocavaciónNivel de Producción Mina Esmeralda

-10

10

30

50

70

90

-70 -20 30 80 130

Distancia al Frente [m]

Esfu

erz

os P

rin

cip

ale

s [M

Pa]

S1

S2

S3

Distancia al Frente de Socavación (m)

Esf

uer

zos

Pri

nci

pal

es (

MP

a)

Esfuerzos Principales v/s Distancia al Frente de SocavaciónNivel de Producción Mina Esmeralda

-10

10

30

50

70

90

-70 -20 30 80 130

Distancia al Frente [m]

Esfu

erz

os P

rin

cip

ale

s [M

Pa]

S1

S2

S3

Distancia al Frente de Socavación (m)

Esf

uer

zos

Pri

nci

pal

es (

MP

a)

EXTRACCION SOCAVACION DESARROLLOS

NIVEL DE HUNDIMIENTO

ZONA DE RELAJACION

ZONA DE TRANSICION

ZONA DE PRE-MINERIA



ZONA DE RELAJACION

ZONA DE TRANSICION

ZONA DE PRE-MINERIA



ZONA DE RELAJACION

ZONA DE TRANSICION

ZONA DE PRE-MINERIA

XX


PANEL CAVING CON HUNDIMIENTO CONVENCIONAL

DESARROLLO

D2

FORTIFICACIÓN DEFINITIVA

D3

PANEL CAVING CON HUNDIMIENTO CONVENCIONAL

DESARROLLO

D2

FORTIFICACIÓN DEFINITIVA

D3

PANEL CAVING CON HUNDIMIENTO PREVIO

DESARROLLOAREA

FORTIFICADA

D2

AREA SOCAVADA (Socavación Previa)

D1

D3

PANEL CAVING CON HUNDIMIENTO PREVIO

DESARROLLOAREA

FORTIFICADA

D2

AREA SOCAVADA (Socavación Previa)

D1

D3

PANEL CAVING CON HUNDIMIENTO AVANZADO

DESARROLLOFORTIFICACIÓNDEFINITIVA

D2AREA SOCAVADA

D1

D3

PANEL CAVING CON HUNDIMIENTO AVANZADO

DESARROLLOFORTIFICACIÓNDEFINITIVA

D2AREA SOCAVADA

D1

D3


UCL

EXL

VTL

RDL

PTO. EXT.

PIQUES


PC con Hundimiento Convencional (Flores & Karzulovic, 2004)

EXL

VTL

RDL

UCL

PIQUES


PC con Hundimiento Previo (Flores & Karzulovic, 2004)

EXL

VTL

RDL

UCL

PIQUES


PC con Hundimiento Avanzado (Flores & Karzulovic, 2004)

Métodos de Inducción de Hundimiento en PC - HC

Forzamiento desde sub-niveles superiores (Tesis J. C. Arce)

Diseños Mineros: N. Hundimiento

• Block Caving

• Panel Caving

H. Convencional

H. Previo y H. Avanzado

Socavación en Block Caving

Diseño Geométrico del Nivel de Hundimiento en BC

Mina El Teniente, MassMin-2000

Socavación en Panel Caving con H. Convencional

Diseño Geométrico del Nivel de Hundimiento en PC


Socavación en Panel Caving con H. Previo/H. Avanzado



Diseño Socavación UCL

Se utiliza un hundimiento avanzado con socavación baja inclinada:

Concentra los esfuerzos sobre el área socavada

Mejora estabilidad con la forma de “dientes de serrucho” (“crinkle-cut”)

Requiere menos perforación, carguío de tronadura y extracción de esponjamiento

Drawbell

30 m

14 m

5 m

14 m16 mMajor Apex

Tipo “Crinkle-Cut” en HP/HA


Mina NorthParkes, MassMin-2000

Diseños Mineros del N. Producción

(Tesis J. C. Arce)

• Curvas de Fragmentación de mineral

• Elipsoide de Extracción vs Fragmentación del mineral

• Disposición geométrica de los Puntos de Extracción

• Tamaño de los Equipos

• Batea define distancia entre N.Producción-N.Hundimiento (tamaño del Crown Pillar)

• Metodología para definir Mallas de Extracción

Geometrías del Nivel de Producción en PC

Curvas de Fragmentación

CURVA GRANULOMÉTRICA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200 250 300

TAMAÑO EJE MAYOR (cm)

PO

RC

EN

TA

JE D

E S

OB

RE

TA

MA

ÑO

Pereira, 1995

Factor de Forma = 1 : 0.7 : 0.5


Fragmentación del Mineral y su relación con el Elipsoide de Extracción


Diámetro del Elipsoide de Extracción

Malla Cuadrada


Malla Tipo Teniente


Malla Tipo Henderson ó Espina de Pescado



Elipsoides Tangentes

Elipsoides Traslapados

Malla Teórica 17 x 20 m Malla Operativizada 17 x 20 m


Operativización de la Malla de Extracción: Largo del Equipo LHD

Diseño Geométrico del Nivel de Producción en PC

Mina NorthParkes, MassMin-2000

Isómetrico de la Batea y del Crown Pillar

Geometrías de la Batea en PC

Sección vertical a lo largo de la Zanja

Malla Teniente 17 x 20 m, HP/HA


Sección vertical perpendicular a la Zanja

Malla Teniente 17 x 20 m, HP/HA


Puntos de Extracción en N. Producción

Sistemas de Traspaso de Mineral

(Tesis K. Román)

• Puntos de Vaciado (N. Producción)

• Cámaras de Picado (N. Martillos)

• Piques (N. Producción-N. Martillos-N. Transporte)

• Buzones (N. Transporte)

• Salas de Chancado (N. Transporte)

Sistemas de Traspaso típicos en Panel Caving

Sistemas de Traspaso: Puntos de Vaciado en N. Producción

Vista en planta

Sistemas de Traspaso: Puntos de Vaciado en N. Producción

Vista en sección vertical

PV.7

Sistemas de Traspaso: Cámaras de Picado en N. Martillos

Vista en planta

Sistemas de Traspaso: Cámaras de Picado en N. Martillos


CP.4

CP.5

Sistemas de Traspaso: Piques cortos bajo el N. Producción

Sistemas de Traspaso: Piques largos bajo el N. Martillos

Sistemas de Traspaso: Buzones en N. Transporte

Vista en planta



EB.1

EB.2

Sistemas de Traspaso: Salas de Chancado

Fin del Curso

Muchas gracias por vuestra atención

Curso Block Caving & Panel Caving ( P Cavieres 2007)

Documents

Transcript of Curso Block Caving & Panel Caving ( P Cavieres 2007)