Diseo de minas explotadas por Sublevel Stoping

ContenidosVariantes del mtodoDiseo de caseronesDiseo nivel produccinDiseo nivel de perforacinDiseo accesosDefinicin sistema de manejo de materialesVentilacin

Sub Level StopingCuerpos mineralizados con orientacin semi vertical y debe exceder el angulo de reposo del mineral

Roca mineral y de caja competente

Bordes regulares

La perforacin se realiza con martillos que varan desde 50 mm a 200mm dependiendo del largo de perforacin

Recuperacin 50-80% principalmente debido a pilares y losas

Dilucin vara entre 3-10% de material diluyente de la pared colgante y techo

Muros y losas pueden ser recuperados a travs de tronadura masiva la cual debe ser diseada y planificada como parte del mtodo de explotacin

Requiere un alto nivel de preparaciones mineras las cuales se realizan en mineral

La productividad del mtodo es del orden de 500-1800 tpd por casern en produccin.

Sublevel Stoping con tiros radiales2,5 4,5Perforacin radial se utiliza cuando el cuerpo es irregular y se requiere seguir su contorno. Largo perforacin es de no mas de 30 m.

Accesos a nivelesNivel de transporteGalera transporte secundarioEstocadas de carguoGalera de zanjaNivel de PerforacinVarios niveles Galera de perforacinZanjas recolectoras

Sublevel Stoping convencionalSe utiliza en cuerpos de seccin transversal irregularLa distancia entre subniveles de perforacin es de 10-20m

Se utiliza una zanja recolectora la cual se conecta a un nivel de produccin a travs de puntos de extraccin

Burden: 2m (se debe calcular)

Espaciamiento : 3 m

Sublevel stoping con tiros largos radialesPreparacin incluye todos los desarrollos requeridos previos a la produccin propiamente tal:

Accesos a nivelesNivel de transporteGalera transporte secundarioEstocadas de carguoGalera de zanjaNivel de PerforacinGalera de perforacinZanjas recolectoras

4,5 6

LBH Open StopingSe utiliza en cuerpos de alta potencia y regularesSe utiliza perforacin LBH de alto dimetro para alcanzar largos de perforacin de hasta 80m.La zanja se perfora en retroceso desde la galera de zanjaEn un extremo del casern se crea una chimenea cara libre para generar el corte inicialEl burden en este mtodo varia en el rango 1.5-3m

Mtodo VCRLa seccin transversal es igual al mtodo de LBHNo posee cara libreLa tronadura se hace contra la zanjaVarios ptos de extraccin pueden estar en produccin a la vez.Las dimensiones de los caserones pueden ser de hasta 40m de alto para evitar dao por vibraciones y desviaciones excesiva de los tiros

Corte Longitudinal

Sublevel Stoping VCRRecuperacin de pilares con relleno

Caractersticas Productivas de los mtodos anterioresEl ciclo de produccin vara en el tiempoEs funcin del nmero de puntos de extraccin en produccinEl mtodo de perforacin y produccin VCR se inventa en Canad para aumentar la productividad del mtodo, independizndose del nmero de ptos de extraccin en produccin.-

Recuperacin y DilucinSuponga que un cuerpo mineralizado posee 1.4Mt con una ley de 1.3%CuLa recuperacin minera es de 70%La dilucin es del 5%Las reservas mineras entonces:Tonelaje1.4*0.7*1.05 Mt=1.03 MtLey 1.4*0.7*1.3/1.03Mt=1.24%Cu

Diferentes Tipos de Dilucin La dilucin Planificada es aquella que se estima como porciones de la pared que colapsaran producto de la minera. La dilucin no planificadas es aquella que proviene de la operacin de la mina. La dilucin no planificada es producto de sobre perforacin, diseo pobre de la tronadura o simplemente una mala estimacin de la dilucin.

Modelos numricos no lineales se utilizan para estimar la dilucin.

Disposicin de Caserones Caserones TransversalesCaserones Longitudinales

Caserones/losas y pilares en SLSAccesosen PilaresentreCaseronesCASERNPilaresentrePilares entre estocadasPilaresentreCaseronesPilares entre estocadasCASERNAccesosen PilaresentreCaseronesPilares entre caserones 20-

Losas y pilaresPilares entre EstocadasCasern SuperiorCasern InferiorPilar entre estocadas 7 -10 mLosa

Accesos

Tipos de accesosAcceso principal:AditRampa (gradiente 8%-12%), radio de giro 20mPique

Accesos a niveles

Dimensiones/Espacios0.5 a 1 metroArt. 3680.5 a 1 metroArt. 119, DS 1320.5 metros0.5 metrosLegislacin mineraNumero de accesosDeben existir dos accesos independientes en una mine subterrneaDimensiones de accesosAl menos 0,5 m de cada lado de equipos a cajaCondiciones de accesosRefugios al menos cada 30 m (si distancia es 0,5 m). Si es mayor se debe enviar para aprobacin del SERNAGEOMIN

Espacios/ funciones accesosAccesos sirven multiple funciones:Acomodar equipos de transporteSumistros interior mina:AguaAire Electricidad

RefugiosSe deben considerar refugios cada 30 m si ancho es de 0,5 m

Mtodos para dimensionar caserones

Dimensionamiento de los caseronesDepende bsicamente de las caractersticas del macizo rocoso y el entorno de esfuerzosSe disea para minimizar dilucin y maximizar recuperacin.El largo y el ancho del casern estn determinados por la cantidad de dilucin a incluir en el mtodo los cuales son funcin del macizo rocoso (nmero de estabilidad) y el rea a abrir (radio hidrulico)El alto del casern est tambin definido por el largo mximo a perforar (tpicamente max 80m)

Diseo Geotecnico de Caserones en MineraLos caserones son la unidad bsica de explotacin en minera.

Estos se pueden dejar vacos (sub level stoping), rellenos (cut and fill) o dejarlos colapsar (caving)

El diseo de caserones se realiza con la metodologa de Mathews (1981) quien incorpora una relacin entre la estabilidad del macizo rocoso y el tamao/forma de la excavacin expuesta.

Grficos de estabilidadSon metodos no rigurosos, simples de usar. Existen dos metodos publicados:Grafico de estabilidad de Mathews (1981)Grafico de caving de Laubscher (1987)

Stability Graph MethodSe acepta alrededor del mundo para el diseo subterrneo.Se puede ocupar para:Estudios de prefactibilidadPlanificacinBack anlisis

Se puede usar SOLO en las condiciones en las cuales fue construido (ver puntos que respaldan las regresiones!!)

Numero de estabilidad (N)Q modificadoRQD= rock quality designationJn=numero de setsJr= rogusidad de fracturasJa= alteracin

Nmero de Estabilidad de MathewsN=Q*A*B*C

Q es el ndice de la roca (Deere, 1964) - NGI A es el ajuste por esfuerzo inducidoB es el ajuste por estructuras interceptando la pared a estudiarC es el ajuste por orientacin de la excavacin

Forma excavacionesRadio hidrulico

Factor de Radio

Diferencia HR y RFSe usa Rh porque es mas simple

Ajuste por Esfuerzo Inducido = AA se determina graficamente determinando la resistencia uniaxial de la roca intacta (UCS) y el esfuerzo inducido en la linea central del caseron.

Determinacin de esfuerzos inducidosSoluciones analticas : considerar caso elipses en 2DMtodos numricos: 2D o 3DMtodos grficosDeterminar esfuerzos in-situ: medidos o regionales (sv y sh o k)Determinar dimensiones en planos (vertical y horizontal) del caseron analisis es en 2DDeterminar esfuerzos inducidos en paredes laterales, colgante/pendiente y techoPara cada caso se calcula A

Esfuerzos inducidosCasern a 1000 metros de profundidad en un cuerpo que tiene un ancho de 25 metros, largo 30 metros, altura 75 m, mantea 8025 mPlano 2Plano 1

Esfuerzo inducidos- mtodo grafico (crown y side wall)Ejemplo (caso techo): Caseron a de altura 75 metros y 25 metros de ancho ubicado a 1000 metros de profundidadSe calculan esfuerzos inducidos en plano vertical Sv=27 Mpa (in-situ)K=1.4Sh=38 Mpa (in- situ)Caseron en ese plano:H=75 mA=25 mH/A=3s1/sv=2.6 (esfuerzos en el techo)S1=2.6 x 27 Mpa= 70 Mpa (esfuerzo inducido)sh2svtecho

Pared lateral sh2sh130 mH=30 mW=25H/W=1.2K=1Si=38 Mpa

Esfuerzos inducidos pared colgante (hanging wall)Se estiman los esfuerzos inducidos:a lo largo del plano vertical perpendicular al rumbo (H=75 m, W=25, k=1.4)Si valores

Esfuerzos inducidos- pared colganteA lo largo del manteoA lo largo del rumbo

Factor de Ajuste por Orientacin de Estructuras: BSe ajusta el nmero de estabilidad de acuerdo a la orientacin rumbo y manteo de las estructuras con respecto a la pared en estudio

Factor Gravitacional: C mayor inclinacin menor tendencia a que ocurra un deslizamiento de cuas pre-formadas.

Original MathewsEstable: sin soporte o localizadoInestable:Falla localizadaLa excavacin fallara

Grfico de Estabilidad Se utiliza para estimar la estabilidad del techo del casern y el tamao de la pared colgante El radio hidrulico es una medida del tamao de la excavacinPotvin, 1998 175 casos de estudio

Grfico de estabilidad/cavingAfter Stewart and Forsyth, 1995Estable: 10% dilucinPotencial inestable: 10-30 % dilucionFalla Potencial: dilucin mayor a 30%Caving: derrumbe total hasta llenar el caseron

Prediccin usando probabilidades de fallaSe habla de probabilidad de estar en alguno de los estados:EstableFalla/falla mayorCaving (colapso del casern)Logit valuesRef: Mawdesley, et al (2000)

Clculo de probabilidad de fallapCrown (0.567)10% Stable90% Failure & MF0% CavingNorth Endwall (0.895)78 % Stable22% Failure and MF0% CavingSouth Endwall (0.939)93% Stable7% Failure & MF0% CavingFootwall (0.951)96% Stable4% Failure & MF0% CavingHanginwall (0.682)14% Stable86% Failure & MF0% CavingFailure & Major Failure

Mtodo grfico de estabilidadMawdesley et al, 2001

Mtodo de estabilidad- casos de falla

Mtodo de estabilidad- casos de falla mayor

Clculo de % dilucin

Diseo emprico de soporte en caserones

Diseo de caserones

ResumenDiseo de caseronesEstimar la geometra del caseron (ley de corte)Estimar esfuerzos in situ e inducidosEstablecer luz mxima de techo y paredesDeterminar tamao de losas y muros con mtodo de Pakalnis Analizar orientacin de caserones longitudinales o transversales

Referencias mtodos de estabilidadMawdesley, C., Trueman, R, Whiten, W.J., Extending the stability graph for open stope design, Trans. Inst. Min. Metall. 110: January-April, 2001.

Potvin, Y., Hadjigeorgiou, J., The stability graph method for Open Stope Design. Underground Mining Methods Engineering fundamentals and International Case Studies, pp. 513.

MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *Los caserones transversales poseen acceso en la veta y generalmente el desarrollo se realiza en mineralMI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *MI 58B: Diseo de Minas SubterrneasCtedra Codelco de Tecnologa MineraInstructor: Enrique RubioPgina *