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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniera Geolgica Minera y Metalrgica

MI 115 Mtodos de Explotacin Subterrnea

Ciclo 2006_II

SELECCIN DE UN METODO DE MINADO SUBTERRANEO

Octubre, 2006

Ing. F. Grimaldo Z.


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Ciclo 2006_II

OBJETIVO

Disear el sistema de explotacin de mineral que sea el ms

adecuado bajo las condiciones reales del yacimiento.

El mtodo debe ser factible de aplicar tcnica y econmicamente.

Se presentan en esta clase las guas principales para que el

Ingeniero de Minas adecue los mtodos de explotacin a las

necesidades especficas de cada yacimiento.



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Ciclo 2006_II

Antecedentes

Si en una fase previa se han descartado lo mtodos a tajo abierto, entonces

consideraremos los mtodos subterrneos.

La recuperacin de mineral de un depsito se reduce a la seleccin de un

mtodo de minado que excluya otras opciones sobre una base de la

seguridad y rentabilidad; proporcionando un adecuado sostenimiento

subterrneo para proteger las reas de trabajo y, si fuera el caso, preservar

la superficie.



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Ciclo 2006_II

Qu debe garantizar el mtodo de minado?

una alta productividad,

un alto porcentaje de extraccin de mineral y

condiciones seguras y ambientales para el personal y

todos los recursos que se emplean.

rentabilidad de acuerdo al inters de los accionistas.

GUIAS PARA SELECCIONAR UN METODO DE MINADO


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Ciclo 2006_II

GUIAS PARA SELECCIONAR UN METODO DE MINADO

a. CONSIDERACIONES GENERALES

c. RESERVAS DE MINERAL Y LEYES

d. EVALUACIONES ECONOMICAS

b. CONDICIONES GEOLOGICAS

e. PRODUCTIVIDAD Y TECNOLOGIA

f. EQUIPAMIENTO Y PRODUCTIVIDAD


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Ciclo 2006_II

a. CONSIDERACIONES GENERALES (1)

Para seleccionar un mtodo de minado, se puede recurrir a la experiencia yrpidamente determinar uno o dos posibles mtodos de explotacin excluir

otros que no se adecen a las caractersticas del yacimiento. Luego se adeca

el mtodo a las particularidades del yacimiento.

a.1 Experiencia previa con relacin al mtodo

a.2 Ritmo de explotacin

Una vez determinado las reservas de mineral, de acuerdo a la poltica de la

empresa y los accionistas se harn escenarios para determinar el ritmo de

explotacin de la mina, esto influir en el mtodo de minado a adoptar, a

determinar el nivel de inversiones y el costo de operacin.

Tomada la decisin del ritmo de explotacin, ser complicado cambiar u adoptar

otros mtodos de minado, as como hacer cambios sustanciales en el ritmo de

explotacin. Ejemplo 500 tpd vs. 5000 tpd.


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Ciclo 2006_II


Influirn en el acceso de personal, equipamiento y servicios de la mina, ascomo para el diseo de la extraccin principal de mineral.

Estos accesos dependern de las particularidades del yacimiento y su ubicacin

espacial (rampas principales, inclinados, piques, chimeneas, galeras de

extraccin, etc.)

a.3 Accesos principales a la mina

a.4 Estudios definitivos para las aberturas y diseo del mtodo

Es preferible hacer trabajos subterrneos para hacer estudios definitivos

geomecnicos para determinar las calidades de roca, las que influirn en la

determinacin del tamao de aberturas, tipo de sostenimiento y por consiguiente

en la adopcin del mtodo de minado.

No es recomendable tomar una decisin slo con un estudio preliminar.


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Ciclo 2006_II


Tener en cuenta los adelantos tecnolgicos en minera: software de diseo,tendencia de los equipos de produccin en mina(scoops, jumbos, locomotoras,

winchas principales, fajas transportadoras, etc.), tendencias en los tamaos de

equipos, adelantos y tendencias en las investigaciones metalrgicas,

automatizacin de procesos, etc.

Sistemas modernos de gestin de recursos humanos, que cambien la

organizacin y forma de operar la mina, gestin de la productividad, gestin del

conocimiento y otros.

Todas estas tendencias futuras ayudarn a tomar la decisin de seleccin de un

mtodo de minado.

a.5 Tendencias futuras


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Ciclo 2006_II


El buzamiento de un cuerpo mineralizado tiene una fuerte influencia en laseleccin del mtodo de minado.

Dependiendo de este buzamiento podemos clasificar al yacimiento en:

Posible mtodo

Horizontal: 0 a 20o Cmaras y pilares

Intermedio: 20 a 50o Difcil definir un mtodo

Parado: 50 a 90o Que aprovecha gravedad

Ms de 50o, aprovechar el flujo de carga por gravedad.

El buzamiento influenciar al tipo de equipo a emplearse en el mtodo de

minado.

b.1 BUZAMIENTO


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Ciclo 2006_II


Con los cores de la perforacin diamantina se tiene algunas caracterizacionesgenerales de las cajas y del cuerpo mineralizado, pero no son suficientes para la

seleccin final del mtodo de minado.

Estas caracterizaciones debern estar bien determinadas: compresin uniaxial,

% de recuperacin, RQD, RMR, etc., con lo cual se determinar un plano

geomecnico del yacimiento a explotar y ser un factor fundamentar para la

seleccin del mtodo de minado.

b.2 RESISTENCIA DE LA ROCA

b.3 LIMITES DE LAS ABERTURAS

El estudio de mecnica de rocas determinar las dimensiones mximas de la

aberturas a construirse, ya sea con o sin sostenimiento artificial. Este factortendr marcada influencia en la productividad del mtodo de minado a

seleccionarse.

Tambin sirve para determinar las mejores condiciones de seguridad para el

personal que trabajar en esas aberturas.


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Ciclo 2006_II

b. CONSIDERACIONES GEOLOGICAS (4)


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Ciclo 2006_II

c. RESERVAS DE MINERAL Y LEYES

Determinar las reas de los cuerpos mineralizados que se van a explotar. La

determinacin de las reservas depender de la Ley de Corte que se haestablecido (Cut Off).

Solo el mineral econmico es MENA, el resto es desmonte. Se emplear para la

seleccin del mtodo de minado solo lo que est encima del Cut Off.

Se pueden establecer diferentes lmites de zonas mineralizadas en funcin a los

diferentes Cut Off alternativos, los que a su vez estarn en funcin a los

diferentes costos de los diversos mtodos de explotacin.


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Ciclo 2006_II

Ton

mineral

1 2 43 5% Cu

L.C.

Reserv

as

3 Millones

9 Millones

0.8

Millones

El mtodo de explotacin influenciar las reservas (costosbajos cutoff bajos)

Ejm.LC (%Cu) Reservas (t)

0.4 9 millones Minado masivo

2.4 3 millones

5.1 0.8 millones Corte y relleno


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Ciclo 2006_II

d. EVALUACIONES ECONOMICAS DEL MINERAL (1)

Se harn evaluaciones para las distintas alternativas que se elaboren.

Estas evaluaciones incluirn todos los costos relacionados al valor de

mineral:

o Ley de cabeza

o Grado del concentrado y % de recuperaciones metalrgicas.

o Cargos por fundicin y refinacin.

o Penalidadeso Costo del transporte de concentrado a la fundicin.

o Valor de mineral.

o Precio de los metales

o Costo de mina, por cada mtodo de explotacin

o Costo de concentracin


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Ciclo 2006_II

d. EVALUACIONES ECONOMICAS DEL MINERAL (2)

Los clculos y evaluaciones se harn para cada uno de los posibles

mtodos de explotacin que son factibles de emplearse.

Finalmente se harn las comparaciones respectivas para seleccionar

el mtodo de minado.

Para las evaluaciones econmicas se habrn establecido los

parmetros bases tales como tasas de descuento, proyecciones de

precios de metales, y condiciones de riesgos para el proyecto minero.


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Ciclo 2006_II

e. PRODUCTIVIDAD Y TECNOLOGIA

En los ltimos tiempos la productividad se ha incrementado por la mejora

tecnolgica de los equipos de minera subterrnea que han ido reemplazando eltrabajo manual.

1) Consideraciones del equipo

Su capacidad se relaciona con el tamao del equipo (es ventajoso seleccionar elequipo de mayor dimensin. Consideraciones de utilizacin efectiva del equipo

2) Consideraciones de mina. Factores de utilizacin.

Operar las mquinas con pocas interrupciones y de poco tiempo. Esto estar enfuncin al mtodo de minado a emplearse. Flexibilidad de movilizar el equipode un tajeo a otro. Ejm. En Cmaras y Pilares puede permitirse una altamecanizacin y en vetas angostas la mecanizacin es muy limitada.

3) Consideraciones de eficiencia.

Se medirn en toneladas producidas por hombre-guardia.

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Ciclo 2006_II

CONSIDERACIONES DE EFICIENCIA (en el tajeo)

Ton/tarea ObservacinRoom and Pillar 30 50 En su tiempo PeruBar 38 t/tareaSub level caving 20 40 VCRMonterrosas 25 t/tareaBlock Caving 15 40Sub level stoping 15 30Corte y relleno 10 20

Shrinkage 05 10Square set 01 - 03



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Ciclo 2006_II

f. EQUIPAMIENTO Y PRODUCTIVIDAD

El uso del minado continuo ser la tendencia en los aos siguientes. En el

caso de las minas peruanas se tender a emplear con mayor intensidadmtodos de minado masivo, que incrementen la productividad y se tengan

menores costos.

La perforacin estar en funcin al volumen de roca disparada por metro

perforado. Por lo que el empleo de taladros largos en los mtodos de minado

incrementar la productividad.

El carguo y transporte en funcin de la distancia a transportarse y la

capacidad de los equipos. Un planeamiento adecuado de la ubicacin de los

echaderos de mineral y de desmonte optimizar las distancias de acarreo.

Se debern hacer simulaciones de los ciclos de trabajo para el carguo y

transporte.



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Ciclo 2006_II

PRODUCTIVIDAD

En funcin al tiempo efectivo de trabajo.

Debemos buscar de ganar el mayor tiempo posible para el trabajo:

estudio de tiempos y movimientos, estudio de bonos por

productividad, horarios corridos, etc.

Minas peruanas: tiempo efectivo de 3 a 6 horas de trabajo en un

turno de 8 horas.

Tiempos muertos: descanso, desplazamiento a la labor (ida y

vuelta), vestuario, recibir rdenes, etc.



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Ciclo 2006_II

CLASIFICACION DE LOS METODOS SUBTERRANEOS



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Ciclo 2006_II


Debido a que el sostenimiento del terreno es un elemento necesario en

este proceso, los sistemas de minado son clasificados sobre esta base.

Tambin, debido a que el sostenimiento es dependiente de las

caractersticas espaciales del depsito y de las propiedades mecnicasdel mineral y de la roca alrededor del depsito, cada descripcin incluye

las especificaciones de las caractersticas del depsito en la cual el

mtodo es aplicable



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Ciclo 2006_II

TIPOS DE DEPOSITOS MINERALIZADOS CON RELACIN A LA LASELECCIN DE UN METODO DE EXPLOTACION SUBTERRANEA

Se pueden reconocer seis tipos de depsitos mineralizados:

1.Masivo: Depsito de considerable extensin lateral y vertical en la cual

la mineralizacin est uniformemente distribuida. Los minerales de cobre

diseminado son depsitos tpicos.

2.Tabular: Es un depsito de mineral que va paralelo a la estratificacin,a menudo en rocas sedimentarias, usualmente son extensos

lateralmente y de un espesor limitado. Muchos depsitos de carbn caen

en esta clasificacin y mantos.

3.Veta angosta: Mineralizacin tpicamente larga, angosta (menos de 3metros), a menudo bastante parada (alto buzamiento), y usualmente

limitada por rocas enacojanantes. Muchas vetas de oro y plata recaen en

esta clasificacin, tambin hay minerales polimetlicos que se presentan

en vetas.



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Ciclo 2006_II

TIPOS DE DEPOSITOS MINERALIZADOS CON RELACIN A LA LASELECCIN DE UN METODO DE EXPLOTACION SUBTERRANEA (2)

4.Veta ancha: La misma caracterstica de las vetas angostas, con

la diferencia que son de espesores mayores a los 3 metros.

5.Lenticular: Es un cuerpo mineralizado aislado, o es un

enriquecimiento de extensin vertical y horizontal limitado en formade veta, masivo o tabular. Los minerales plomo, zinc y fierro a

menudo ocurren en este tipo de depsito.

6.Placer: Un depsito superficial o cerca de la superficie,

usualmente tabular y puede tener una considerable extensin en

rea, conteniendo partculas de mineral (oro, platino, etc.) en el

detritus (arenas, gravas).



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Facultad de Ingeniera Geolgica Minera y Metalrgica


Ciclo 2006_II

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES ROCOSOS QUE RODEAN A LOSDEPOSITOS MINERALIZADOS

6.Detritus: Son sedimentos y otras acumulaciones de partculas slidas

producidas por la desintegracin mecnica y/o qumica de las rocas, y

usualmente tienen una baja resistencia cohesiva y muy poca resistencia

compresiva (ejm. Suelos, gravas, arenas, aluviales, playas).

Roca diaclasada y fracturada sin cohesin Es una masa rocosa a

menudo estn cerca de la superficie o en zonas de fallas, en las cuales las

diaclasas o fracturas contienen productos de alteracin o descomposicin,

tales como materiales arcillosos, de tal forma que la cohesin es muy

baja. Puede ser considerado mejor que un suelo.

Roca diaclasada y fracturada parcialmente cohesionada Es una

roca en la cual las diaclasas o fracturas estn parcialmente recementadas,

produciendo un material con una resistencia cohesiva de baja a media.



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Ciclo 2006_II

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES ROCOSOS QUE ACOMPAANAA LOS DEPOSITOS MINERALIZADOS (2)

Laminares en capas delgadas: Es una masa rocosa generalmente deorigen sedimentario, en la cual el espesor de las lminas tiene un

promedio menor a 1 pie. Las lminas pueden estar parcialmente unidas

y la masa rocosa puede estar fracturada. Ejemplos Calizas y areniscas

encontradas en las cajas de las minas de carbn.

Laminares en capas gruesas: En este caso las lminas tienen un

espesor mayor a 1 pie. Puede haber algo de unin entre las lminas y la

masa rocosa est fracturada.

Masivo: Una masa rocosa sin diaclasas ni fracturas, o una roca con

diaclasas o fracturas en la cual el grado de unin es bastante fuerte. Las

brechas cementadas y los conglomerados son incluidos en esta

clasificacin.



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Ciclo 2006_II

1.Mtodos en los cuales las aberturas subterrneas (cmaras y tajeos)

creados por la extraccin de mineral estn autosoportados y no existeningun tipo de sostenimiento: o sea, aberturas en las cuales las cargas

debido al peso de la columna de roca son soportadas por las paredes y/o

pilares de la parte no excavada. Esta especificacin no excluye el uso de

pernos de roca u otros sistemas livianos de sostenimiento, dado a que este

sostenimiento artificial no afecta significativamente la carga sobre laestructura autosoportada.

2. Mtodos en los cuales los tajeos o las cmaras requieren un

significativo sostenimiento, esto es, sostener al grado tal que la carga sea

sostenidad por un sistema de soporte.

3.Mtodos en los cuales, debido a las propiedades espaciales y

mecnicas, el depsito es inducido a derrumbarse bajo la accin de la

gravedad para producir mejores resultados que los mtodos ms selectivos.


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Ciclo 2006_II

CLASIFICACION DE LOS METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEA

IV. En los ltimos aos se ha intensificado el uso de soluciones para explotar depsitossubterrneos y superficiales.

I. Mtodos con tajeos

autosoportados

- Tajeos abiertos (Open Stopes)- Cmaras y Pilares (Room & Pillar)- Tajeo por subniveles (Sublevel

Stoping)

II. Mtodos con tajeos sostenidosartificialmente

- Acumulacin (Shrinkage)- Corte y Relleno (Cut & Fill)- Cuadros Standard (Square Setting)- Longwall

III. Mtodos por hundimiento

- Hundimiento por Subniveles (SublevelCaving)

- Hundimiento por Bloques (BlockCaving)

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Ciclo 2006_II

I. METODOS CON TAJEOS AUTOSOPORTADOS

I. 1 CAMARAS Y PILARES (ROOM AND PILLAR)

El cuerpo mineralizado se explota lo ms completo posible; sin

desmejorar las condiciones de trabajo seguridad del personal; dejando

mineral o desmonte como pilares para sostener el techo.

Las dimensiones del tajeo dependen de:

o Estabilidad del techo

o Estabilidad del mineral

o El espesor del depsito

o La presin de la roca

Los pilares se ubican en formas regulares y pueden ser circulares,

cuadrados otras formas



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Ciclo 2006_II

DIAGRAMA ESQUEMATICO DE LA EXPLOTACIONPOR CAMARAS Y PILARES

Grafico Tomado del Manual de Atlas Copco

Aplicaciones

A cuerpos o tajeos cuyainclinacin no exceda los 30.

El techo y el mineral deben ser

competentes (diseo de pilares,

% extraccin de mineral).

Tambin pueden usarse pernos

de roca para mejorar las

condiciones del techo a medida

que se va tajeando.

Se emplea mucho este mtodo

para depsitos sedimentarios,

carbn, etc.



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Ciclo 2006_II

II.2 Tajeos por subniveles

La explotacin consiste en disparar taladros largos entre subnivel y subnivel,

una vez extrada toda la carga disparada se deja una gran cavidad que no

tiene (o algo mnimo) sostenimiento de las cajas.

Se aplica en cuerpos verticales o con altos buzamientos.

Los buzamientos deben ser mayores al ngulo de reposo.

El tajeo una vez que se explota queda vaco.



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Ciclo 2006_II

Aplicaciones

Por lo general son tajeos grandes.

Se hacen varios subniveles.

Se dejan puentes o pilares.

En lo posible los lmites del cuerpo a

explotar deben ser lo ms regulares

posibles.

DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODODE TAJEO POR SUBNIVELES




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Ciclo 2006_II

II.1 Acumulacin dinmica (Shrinkage)

Se excava el mineral en cortes horizontales de abajo hacia arriba

Se deja parte del mineral en el tajeo el cual sirve como plataforma de trabajo para

el siguiente corte.

Aplicacin a cuerpos mineralizados pequeos o grandes debidamente

delimitados.

Aplicacin:

Buzamiento de estructura mineralizada mayor que el ngulo de reposo.

El mineral y la caja deben ser competentes.

El cuerpo debe tener una delimitacin regular.

El mineral no debe afectarse por el almacenamiento (incendios u otras causas por

ejemplo).

II. METODOS CON TAJEOS SOSTENIDOS ARTIFICIALMENTE



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g g y g


Ciclo 2006_II

Mineralroto

Boxholes

Mineral porexplotar

Chimeneas

Nivel Inferior deextraccion

Nivel superior

DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODO DE ACUMULACION(SHRINKAGE)

Desarrollo:

Galeras de acarreo a lo largo del

cuerpo.

Cruceros hacia el cuerpo

Dedos o inclinados hacia el cuerpo

(conos de extraccin).

El primer corte se hace a unos 5 a 10

metros de la galera de extraccin.

Se construyen dos chimeneas de

acceso.

Es un mtodo donde se emplea

abundante mano de obra y pueden

aplicarse mtodos alternativos.



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Ciclo 2006_II

II.2 Corte y Relleno

Se excava el mineral en cortes horizontales (hacia abajo o hacia arriba).

Se remueve el mineral completamente del tajeo

Y a continuacin se rellena el tajeo dejado vaco (con desmonte o relleno

hidrulico), para empezar un nuevo corte.



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Ciclo 2006_II

Aplicacin:

A cuerpos mineralizados que tenganinclinacin adecuada y calidad adecuada. Esun minado ms selectivo. Se aplica acuerpos irregulares.

Puede quedar como relleno mineral marginalo de muy baja ley.

Desarrollo:Se construyen galeras de acarreo ychimeneas cortas. Los cortes se hacen de 3a 10 metros.Se construyen chimeneas de ventilacin y/orelleno. DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODO

CORTE Y RELLENO



MI 115 Mt d d E l t i S bt


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Ciclo 2006_II

III. METODOS POR HUNDIMIENTO

Se basan en el fracturamiento de la roca (tanto del mineral como del

desmonte).

Tienen serios efectos alrededor de la explotacin.

III.1 Hundimiento por subniveles

El cuerpo mineralizado se divide en subniveles (epaciados de 8 a 15 m o

ms), que se van desarrollando en formas regulares.

Desde estos subniveles se provoca el hundimiento o derrumbe con cargas

mnimas o naturalmente. Se hace la explotacin en retirada-

La caja va cayendo junto con el mineral, originando diluciones de 10 a 35%


MI 115 Mt d d E l t i S bt


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Ciclo 2006_II

Aplicacin:

A cuerpos mineralizados de

grandes dimensiones.

El mineral debe ser competente a

medida que se desarrollan lossubniveles, y se vayan haciendo

las perforaciones y voladura para

provocar el derrumbe.

Pueden mecanizarsecompletamente.

DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODODE HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES





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Ciclo 2006_II

III.2 HUNDIMIENTO POR BLOQUES (Block Caving)

El mineral se fractura por si mismo

Hay mnima perforacin y voladura.

El minado se divide en bloques de grandes secciones (mayor de 1000 m2

de rea).

Se hace un solo slot horizontal debajo del cuerpo y luego se comienza ahundir.




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Ciclo 2006_II

Aplicaciones

A grandes cuerpos mineralizados cuya rocapueda romperse en fragmentos adecuados.

La superficie libre que queda debe permitir lasubsidencia del rea.

Desarrollo:

Galeras de carguo y acarreo para cadabloque.

Ore passes en un nivel para la extraccin.

Galerias desde donde se construyen los orepasses van en un corte inferior. Esto puedeabreviarse cuando se usan equipos LHD.

DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODODE HUNDIMIENTO POR BLOQUES





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Ciclo 2006_II

IV. EXPLOTACION EMPLEANDO SOLUCIONES

La minera con soluciones (lixiviacin) puede ser empleada en

depsitos masivos, en capas o donde la roca es masiva, laminares o

fracturadas, y el mineral a ser recuperado es soluble en algn medio.

Los alrededores del depsito deberan ser relativamente

impermeables, y el material de sobrecapa debera ser competente para

evitar el derrumbe durante el minado.

Los tajeos son inundados con soluciones barren o aguas cidas.

Existen dos riesgos ambientales con este minado: la contaminacin del

agua debajo de la superficie y la subsidencia de la superficie.

Es usado en depsitos de cobre y uranio. Como la tecnologa ha

avanzado hoy tambin se aplica al oro, plata, zinc y otros metales. El

mineral puede ser fracturado y dejado almacenado en la mina y luego

se le pasa la solucin lixiviante, se produce una reaccin qumica o

bacteriolgica los que disuelven los minerales.

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