Curso Block Caving & Panel Caving ( P Cavieres 2007)
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Transcript of 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.
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PremierKidd Creek
Brown (2004)
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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
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Min
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MR
Hydraulic radius of the undercut area, HR (m)
Caving zone
Stable zone
Transit
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INCA OESTE SECTOR
NORTHPARKES
EL TE
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(PRIM
ARY ORE)
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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
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IRSSPACING BETWEEN STRUCTURES
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IRMR
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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
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70
90
-70 -20 30 80 130
Distancia al Frente [m]
Esfu
erz
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cip
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Pa]
S1
S2
S3
Distancia al Frente de Socavación (m)
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Pri
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MP
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Esfuerzos Principales v/s Distancia al Frente de SocavaciónNivel de Producción Mina Esmeralda
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Distancia al Frente de Socavación (m)
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EXTRACCION SOCAVACION DESARROLLOS
NIVEL DE HUNDIMIENTO
ZONA DE RELAJACION
ZONA DE TRANSICION
ZONA DE PRE-MINERIA
EXTRACCION SOCAVACION DESARROLLOS
NIVEL DE HUNDIMIENTO
ZONA DE RELAJACION
ZONA DE TRANSICION
ZONA DE PRE-MINERIA
EXTRACCION SOCAVACION DESARROLLOS
NIVEL DE HUNDIMIENTO
ZONA DE RELAJACION
ZONA DE TRANSICION
ZONA DE PRE-MINERIA
XX
Variantes de Explotación en PC
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
Variantes de Explotación en PC
UCL
EXL
VTL
RDL
PTO. EXT.
PIQUES
Variantes de Explotación en PC
PC con Hundimiento Convencional (Flores & Karzulovic, 2004)
EXL
VTL
RDL
UCL
PIQUES
Variantes de Explotación en PC
PC con Hundimiento Previo (Flores & Karzulovic, 2004)
EXL
VTL
RDL
UCL
PIQUES
Variantes de Explotación en PC
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
Mina El Teniente, MassMin-2000
Socavación en Panel Caving con H. Previo/H. Avanzado
Diseño Geométrico del Nivel de Hundimiento en PC
Mina El Teniente, MassMin-2000
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
Diseño Geométrico del Nivel de Hundimiento en PC
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
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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
Geometrías del Nivel de Producción en PC
Fragmentación del Mineral y su relación con el Elipsoide de Extracción
Geometrías del Nivel de Producción en PC
Diámetro del Elipsoide de Extracción
Malla Cuadrada
Geometrías del Nivel de Producción en PC
Malla Tipo Teniente
Geometrías del Nivel de Producción en PC
Malla Tipo Henderson ó Espina de Pescado
Geometrías del Nivel de Producción en PC
Geometrías del Nivel de Producción en PC
Elipsoides Tangentes
Elipsoides Traslapados
Malla Teórica 17 x 20 m Malla Operativizada 17 x 20 m
Geometrías del Nivel de Producción en PC
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
Geometrías de la Batea en PC
Sección vertical perpendicular a la Zanja
Malla Teniente 17 x 20 m, HP/HA
Geometrías de la Batea en PC
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
Vista en sección vertical
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
Sistemas de Traspaso: Buzones en N. Transporte
Vista en sección vertical
Sistemas de Traspaso: Buzones en N. Transporte
Vista en sección vertical
EB.1
EB.2
Sistemas de Traspaso: Salas de Chancado
Fin del Curso
Muchas gracias por vuestra atención