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METODOS DE EXPLOTACIÓN MINERA- Clase 1

Antonio Bonani Rizzolli14 Marzo – 25 Julio 2008

Secuencia de Actividades

Clases regulares los Viernes de 09:40 – 12:50.

Evaluaciones: 3 Notas 1 Nota (promed. 4 controles) 1 Nota ( Desarrollo y presentación de un método de explotación). 1 Nota (prueba) Nota Final-Examen

Referencias BibliográficasSME Mining Engineering Handbook, 2da Edición Vólumen 2

Rock Mechanics for Underground Mining, B.H.G. Brady and E.T. Brown Javier Rojas, “Apuntes de Explotación de Minas”. Edumine, “ Curso de Métodos Mineros y Equipos” R. Oyarzun “ Apuntes de Explotación de Minas” W. Hustrulid, apuntes de “ Rol de la Geotécnia en la planificación”. E. Villaescusa, apuntes curso “Under Ground Mining”.

INTRODUCCIÓN

¿ POR QUE INGENIERIA DE MINAS?

¿Por que Ingeniería de Minas?

Precio de la libra de Cu


Carrera con proyección, Chile, Perú, Argentina, Australia, otros.

Pocos profesionales.

Bien remunerada.

Alta tecnología.

Capacitación constante.

Uso intensivo de software – Modelamiento

Interacción con Consultores Nacionales e Internacionales

Interacción con Institutos y Universidades (nacionales e internacionales.

Apoyo constante a la comunidad

Desafío de minería sustentable (Medio Ambiente, Energía, Agua)

Parte fundamental del desarrollo y progreso del País

OBJETIVOS:

Los alumnos al término del curso, estarán en condiciones de:

Identificar las fases de explotación de un yacimiento, y describir detalladamente los principales métodos utilizados actualmente, explicando las operaciones necesarias para su realización.

Contenidos

Explotación de minas

ClasificaciónDe los

Métodos

Métodos Subterráneos

Método Cielo Abierto Terreno

1 2 3 4 5

1. Explotación de Minas

Consideraciones globales

Fases de explotación

de un yacimientoElección del Método de

Explotación y Factores que

influyen Técnicas de Selección del

método de Explotación

Consideraciones GlobalesSon aspectos comunes independientes del método de Explotación, por lo tanto deben conocerse para entendery expresarse en un lenguaje minero común.

Los métodos de explotación se definen como una forma geométrica usada para explotar un yacimiento determinado. Es el modo de dividir el cuerpo mineralizado en sectores aptos para el laboreo. Ejemplo: Open pit, Block CavingSublevel Caving, Sublevel Stoping, Cut and Fill, Room and Pillar, variantes de losMétodos mencionados y otros.

La explotación de una mina se define como el conjunto de operaciones que permiten el arranque, carguío y extracción de mineral, que para una operación normal es fundamental que todos los servicios anexos como :

Ventilación Fortificación Drenaje Suministro de Energía, Aire, Agua.

Funcionen en óptimo estado

Consideraciones Globales, continuacion…

Son aspectos comunes independientes del método de Explotación, por lo tanto deben conocerse para entendery expresarse en un lenguaje minero común.

El objetivo de la explotación de un yacimiento es la extracción de menas y sustancias minerales sistemáticamente, de manera que la comercialización de la sustancia mineral proporcione la utilidad esperada. (Dueños, stakeholders, shareholders, Gobierno, etc).

Consideraciones Globales, continuación…

Los yacimientos, o mejor expresado, el recurso natural, se Encuentra depositado en distintas formas, inclinaciones, Profundidades y concentraciones, que dan origen al tipo deYacimiento a explotar.

POR SU FORMA:

a)Isométricos: Los que se extienden más o menos en todas las direcciones por igual, por ejemplo los depósitos masivos.

b) Estratificados y filonados: Aquellos que se presentan siguiendo dos direcciones preferentes y albergan un tonelaje relativamente pequeño.

c) Columnares o cilíndricos: Los que se extienden en una sola dirección.

d) Intermedios o Mixtos: Que combinan características de dos o más de los grupos anteriores, debido a su propia génesis o a la tectónica que los ha dislocado o replegado.

Consideraciones Globales, continuación…A grandes rasgos podemos dividir los métodos de explotación de minería subterránea en aquellos aplicados a cuerpos mineralizados tabulares (filones, mantos) y a cuerpos de carácter irregular donde la mineralización se distribuye de manera más o menos isotrópica (pórfidos cupríferos). En el primer caso debemos hacer otra división entre aquellos que son aplicados a rocas competentes auto sustentadas, cámaras (stopes), y los que se aplican en roca poco competente o muy fracturada (cámaras artificialmente sustentadas). Así tenemos:

• Masivos: Pórfidos Cupríferos ( Teniente, Salvador)

• Mantos: Paralelos a los estratos, potencia limitada (Tabulares)

• Vetas: claramente delimitada por roca no mineralizada (Gran inclinación)

• Lentes o Bolsones: Yacimientos aislados

• Placeres: Depósitos detríticos1 de oro y plata


Por El Relieve Del Terreno Original:

a) Horizontales o planos: Cuando la superficie es relativamente llana u horizontal.

b) En Ladera: Pueden ser a favor de talud o contra talud, según la disposición de las masas mineralizadas.

c) Montañosos: El terreno es irregular y presenta importantes accidentes topográficos.

d) Submarinos o subacuaticos: Si están cubiertos por una lamina de agua.

La geometría del terreno determina, en cierta medida, el método de explotación y la aplicabilidad de medios mecánicos para llevar a cabo la extracción de los distintos materiales.


Por su proximidad a la Superficie:

a) Superficiales: Cuando no existe material de recubrimiento o este presenta un espesor inferior a los 20 ó 30 m.

b) Profundos: Localizados a profundidades mayores entre los 40 y los 250 m. , y hoy entre los 800m y más de 3000m

c) Variables: Aquellos en los que una parte es económicamente explotable a cielo abierto y el resto por minería subterránea al ir desarrollándose en profundidad.

La posición de un yacimiento puede ser, con respecto a la superficie, regular o irregular, n pudiendo clasificarse en algunos casos en un único grupo de los indicados, al compartir características propias de varios grupos. La posición relativa de un yacimiento determina el tamaño de la explotación, tanto en planta como en profundidad, y los sistemas aplicables, especialmente en cuanto a medios de transporte se refiere.


Por la Inclinación:

a) Horizontales: Con ángulos que pueden variar desde los 0º hasta los 10 ó 15º sobre el plano horizontal.

b) Tumbados: Con ángulos entre 10º-15º hasta los 25º-35º

c) Inclinados: Aquellos cuyos ángulos superan los 25º.35º y llegan hasta los 70º-80º.

d) Verticales: Con ángulos comprendidos entre los 70º y 90º.

El ángulo que presentan las masas mineralizadas, además de condicionar la elección del método de explotación, afecta de forma importante a las relaciones de estéril y mineral y, consecuentemente, a la economía de las operaciones a cielo abierto, así como a la probabilidad de rellenar los huecos creados en yacimientos alargados para proceder a la recuperación de los terrenos.


Por la complejidad o numero de mineralizaciones:

a) Simples: Se caracterizan por una estructura homogénea sin presencia de otros niveles mineralizadores o inclusiones; en este caso todos los minerales se extraen conjuntamente del yacimiento.

b) Complejos: Pueden, contener, junto minerales de altas leyes, masas demineral pobres o esterilizadas con unos contactos claros; en tales casos la explotación se realiza en forma selectiva para evitar la perdida o dilución del mineral aprovechable.

También se incluyen dentro de éste grupo, aquellos depósitos con diferentes masas o niveles mineralizados que obligan a una explotación mas compleja, aun cuando los contactos con estéril sean nítidos.


Por distribución de las calidades de los minerales del yacimiento:

a) Uniformes: cuando la calidad o distribución de la ley es la misma dentro de los limites del yacimiento. En este caso la explotación se lleva a cabo con uno o varios tajos, pero sin proceder a la mezcla de los minerales extraídos.

b) No uniformes: cuando la mineralización presenta calidades distintas en alguna dirección en planta o en profundidad dentro del deposito. En estos casos se suele efectuar la extracción simultánea en varias zonas, para proceder a la mezcla y homogenización de los minerales extraídos.


Por el tipo de roca dominante:

a) El recubrimiento de estéril y el mineral son rocas compactas metamórficas o ígneas.

b) El recubrimiento esta constituido por rocas no homogéneas con alternancia de estériles blandos y duros, ígneas o metamórficas, y el mineral e intrusiones de estériles son rocas compactas o meteorizadas y también de origen ígneo o metamórfico.

c) Las rocas del estéril de recubrimiento son blandas y densas, con el mineral y rocas de intrusión compactas o meteorizadas de origen ígneo o metamórfico.

d) Tanto el recubrimiento como zona mineralizada están constituidos por rocas ígneas o metamórficas meteorizadas.

e) Las rocas de recubrimiento son blandas y sedimentarias y el mineral no es homogéneo.

f) El recubrimiento y el mineral son blandos y de origen sedimentario.




de un yacimientoY

Métodos de explotación

Elección del Método de




OK

Se entiende que la prospección geológica y todos los Análisis posteriores han sido ejecutados y los resultados Exitosos. Lo que veremos son los aspectos operativos Básicos de una explotación minera.

La explotación de una mina se compone de tres operaciones o Fases mineras básicas :

•Accesos y desarrollos de aperturas mineras.•Preparación o infraestructura de la mina.•Arranque o explotación de la mina.

Fases de Explotación de un yacimientoy Métodos de Explotación.

Secuencia de Explotación: Accesos, Preparación, explotación

SECUENCIA DE EXPLOTACIÓNLa variedad de métodos de explotación en minería, tanto de de superficie como subterránea, es tan grande como lo son los tipos de yacimientos donde se aplican. Antes de poner en explotación una mina, en especial de interior, es preciso llevar a cabo un amplio conjunto de labores previas, como accesos, preparaciones, ventilación, etc., que suponen un importante desembolso de capital.

Desarrollos Corresponden a aquellas labores de acceso que comunican el cuerpo mineralizado con la superficie, para su explotación.



Los accesos pueden ser:

-Socavones (Adit)

-Piques verticales (Vertical Shaft)

-Chiflones o piques inclinados. (Inclined Shaft)

- Rampas (Ramp)



Para desarrollar los accesos, se debe proceder de acuerdo a un plan bien determinado, basado en la información obtenida con anterioridad a la exploración, considerando los siguientes factores:

1. Los accesos deben fortificarse en aquellos sectores que, de acuerdo a los estudios estructurales y geomecánicos, no resistirán las tensiones de la roca durante el tiempo en que serán utilizados.

2. En una labor horizontal de sección definida, solo puede transportarse una cantidad limitada de mineral u otro elemento.

3. Una extracción mayor, significa desarrollar mayor número de labores (y/o más grandes).

4. Tener presente que el costo por tonelada, en una labor de desarrollo es más caro que al extraer una tonelada de mineral durante la explotación .



Los desarrollos pueden ser: Productivos, cuando se desarrollan por lamena mineralizada o Inproductivos, cuando se desarrollan por estéril.

Los principales desarrollos son: 1. Socavón: Es una labor horizontal o con una pequeña inclinación, que tiene

sólo una entrada. Es más barato que construir un pique, es más rápido, más económico y más seguro.

2. Rampa: Es una labor similar a un socavón, pero con una mayor pendiente, normalmente en el rango de 8 a 10%

3. Pique: Es una labor que tiene una inclinación superior a 45°, y puede usarse para la extracción de personal y mineral.




Pique al pendiente:

Ventajas: -Desarrollo ordenado, buenos pilares de protección. - Permite encontrar vetas paralelas Desventajas.

-Costo excesivo, debido al desarrollo en estéril. - Deslizamiento, al encontrar la veta. Se pierde estabilidad y el control del terreno. - Se puede llegar a perder el pique.

Pique al Yacente:

Ventajas: -Tiene mayor preferencia. - Seguridad y extracción más fácil aprovechando la gravedad. - Más económico con respecto a los anteriores.

Desventajas:

- A mayor profundidad, mayor será el avance por estéril.



Pique interceptando la veta:

Ventajas: -Fácil acceso al yacimiento. -Genera rápido el flujo de caja. -El costo de desarrollo inicial es menor. -El desarrollo es más armónico en los niveles Desventajas.

- Problema de control del terreno – Pilares de protección en mineral

- Alto costo de mantención.



Rampas Son labores de acceso tipo socavón con pendientes que varían en promedio de 5%(2,9º) a 25% (14º), dependiendo de para que se usen. Sus secciones varían en promedio de 2x2 m2 a 6x6 m dependiendo de la magnitud de la producción y los equipos utilizados ( Rampa Principal, secundaria, etc).

Hoy en día, las rampas son los accesos más utilizados en minería de mediana y alta producción, debido a que permite la utilización de equipos y maquinarias de alta productividad. Entre los equipos más utilizados están los jumbos en perforación, los cargadores frontales y L.H.D en carguío, y los camiones bajo perfil en transporte.



Ventajas y desventajas al igual que los piques ubicados en el Yacente o el Pendiente.



Elección de los accesos depende:

• Morfología de la superficie terrestre.

• Profundidad del cuerpo mineral

• Forma del cuerpo mineral

• Tamaño del depósito mineral

• Tasa de producción

• Tecnología de operación utilizada, etc.



La preparación se define como la ejecución de una red cuidadosamente planificada de piques, galerías (Niveles), chimeneas, cruzados, chutes y todas las formas básicas de excavación de rocas. Durante la excavación se establece la infraestructura de la mina.

En yacimiento hroizontales o poco inclinados la preparación se hace mediante labores de transporte que dividen al cuerpo en paneles. Si el manteo es fuerte se utilizan esquemas de galería transversales (que conforman los niveles), que se determinan o definen por la potencia del cuerpo y el método de explotación proyectado, donde las labores trazadas en diferentes niveles se unen por medio de Rampas y Chimeneas.

Secuencia de Explotación: Accesos, Preparación, Explotación


Unidad de Explotación

Es una masa geológica, que tiene una forma geométrica definida; por ejemplo un panel o un bloque.

La Unidad de Explotación debe cumplir las siguientes características: o Permite un arranque y una extracción en forma independiente. o Permite el expedito transporte de equipos y materiales. o Facilita la extracción de menas. o Tiene ventilación independiente o En casos de vacíos dejados por la explotación, estos puedan rellenarse fácilmente.

Los trabajos de las distintas unidades de explotación no deben perturbarse entre si; la producción de la mina es la suma de la cantidad de mineral producida por cada unidad de explotación. .



Explotación de distintos niveles, Mina El Teniente.



Explotación de distintas Fases, Mina Collahuasi.

Fase 5Fase 3Fase 4

Fases de Explotación de un yacimientoy Métodos de Explotación, continuación...

Normalmente, se distinguen dos grandes grupos de métodos:De superficie o cielo abierto y de interior mina o subterráneos.

Es, pues, la ubicación de las labores principales el criterio básico de clasificación, aunque existen algunos métodos que, por el citado criterio, podrían denominarse mixtos o combinados.

Los métodos de explotación se agrupan en:

• Métodos subterráneos (BC,PC, SLC, R&P, C&F, SOS, OS, Variantes)• Métodos Superficiales (Opent Pit, Canteras)• Métodos Mixtos (Glory Hole, Transición Rajo-Subteráneo (circunstancia))

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Los métodos Subterráneos se clasifican dependiendo de las Condiciones de explotación y abandono del yacimiento.

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Figure 12.4, page 355, Brady & Brown (2004)


Métodos Subterráneos: Autosoportados, artificalmente soportados, hundimiento.

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Room & Pillar Sub Level Stoping Shrinkage Stoping VCR Cut and Fill

Long Wall Sub Level Caving Block Caving Panel Caving PC- H Previo


Métodos Superficiales, Open Pit, Canteras, Graveras, Areneros, Sal. La característica principal son las profundidades de la explotación.

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Material Grueso Material Diametro > 4mm Material Diámetro < 4mm




de un yacimientoY






OK

OK

Elección del Método de Explotación y factores que influyen

Al menos se pueden identificar dos etapas en la elección de losMétodos de explotación y análisis de los factores influyentes

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Los factores que tienen mayor peso en la primera etapa de selección del método minero son los relativos a la geometría y distribución de las leyes depósito y a las propiedades geomecánicas del mineral y estériles adyacentes. Mediante el análisis de esos factores se obtendrá una primera clasificación y ordenación de los métodos de explotación que son mas adecuados aplicar desde una perspectiva puramente técnica.

En la segunda etapa se procederá a la evaluación económica, basada sobre un esquema general de explotación, asi como al estudio complementario del ritmo de producción y de la ley de corte, necesidades personales, impactos ambientales y procedimientos de restauración y cierres de faena (en Chile ya hemos dado algunos pasitos) y otras consideraciones especificas. Con todo ello se determinara el método de explotación óptimo y la rentabilidad económica del mismo.


Los principales factores influeyentes en la elección del método de explotación son:

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• Condiciones Geográficas• Altura Sobre Nivel Mar• Profundidad del Yacimiento• Clima• Cercanía zonas pobladas

• Características geológicas, geomecánicas y Físicas del yacimiento.

• La forma del yacimiento o cuerpo mineralizado• Potencia si se trata de una veta o manto • Manteo si se trata de una veta o manto n• Diseminación de las leyes si se trata de un yacimiento masivo.• Profundidad respecto de la superficie ción. • Dimensiones del yacimiento, su cubicacion• Naturaleza mineralógica de los componente• Sus leyes o repartición de la mineralización en el interior del • Características mecánicas (resistencia a la tracción y la compresión) de la roca que constituye el cuerpo mineralizado y de la roca encajadora.

• Condiciones Económicas• Explotación al menor costo posible• Condiciones presentes y futuras de Mercado• Ritmo de explotación• Exploración de leyes bajas, cambios en los tratamientos.


Resumen de elección de Métodos de Explotación:

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OK

OK

OK

Técnicas de selección del método de Explotación

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Para elegir un método de explotación, debemos compararLas características del cuerpo mineralizado con aquellas Requeridas para cada método.

Las técnicas de selección de métodos de explotación son limitadas, dado que la selección sólo esta basada en características de parámetros físicos conocidos y características de resistencia de la roca. Algunas veces varios métodos de explotación pueden aparecer como igualmente factibles.

Para determinar con mayor precisión cual método elegir, las variables de costos de explotación, razón de extracción, disponibilidad de labores y regulaciones ambientales, deberían ser consideradas en mayor detalle.

Ninguno de los sistemas de selección de métodos trata con los esfuerzos insitu, las técnicas consideran el esfuerzos vertical vía la profundidad, pero ninguna discute como altos esfuerzos horizontales pueden impactar la elección de un método de explotación.


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Algunas técnicas de selección de métodos de explotación:

• Boshkov and Wright, 1973, : principalmente considera las características del cuerpo mineralizado como Espesor, Manteo, resistencia del cuerpo mineralizado y resistencia de las paredes, para identificar métodos que han sido aplicados en condiciones similares.

• Harmant (1987), desarrolló un diagrama de flujo para la selección del método de explotación, basado en la geometría del depósito y las características del cuerpo mineralizado. Es similar al anterior, pero aborda más específicamente los métodos de explotación. Hartman admite que su método es cualtitativo y debiera ser utilizado como una primera aproximación.

Existen varias técnicas de selección de métodos de explotación, la mayoría de ellas son cualitativas y muy pocas cuantitativas.


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• Laubscher (1981), la selección del método esta basado en su sistema de clasificación de la roca, ajusta los efectos mineros esperados sobre la resistencia de la roca, pone énfasis en la hundibilidad de la roca, por lo tanto los parámetros en los cuales se enfoca son el grado de fracturamiento,RQD, Espaciamiento de las estructuras y un rating de las estructuras que considera: Ondulaciones, relleno, condiciones de agua, etc.

• Nicholas (1981), es el más cuantitativo de las técnicas de selección de métodos de explotación. Consiste en determinar la factibilidad de algunos métodos de explotación mediante un ranking númerico que resulta de la evaluación de 5 parámetros que relacionan la geometría del depósito, características de la roca y distribución de las leyes.



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• UBC selección de método de explotación: es una modificación de la técnica de Nicholas. Es una herramienta computacional disponible en la web.



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1) Forma de Depósito/Ancho• Equi.dimensional• Tabular• Irregular

2) Espesor del Cuerpo mineralizado• Delgado < 10m• Intermedio 10 – 30 m• Grueso 30 – 100 m• Muy grueso > 100 m

3) Inclinación• Acostado < 20°• Intermedio 20° - 55°• Parado > 55°

4) Profundidad respecto a la Superficie• Poco profundo 0 – 100 m• Intermedio 100 – 600 m• Profundo > 600 m

5) Distribución de las leyes• Uniforme• Gradacional• Errática

Los principales aspectos que considera Nicholas en su sistema de selección de un método de explotación minero, son cuantitativos


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Existen varias técnicas para la selección del método de Explotación, algunas pragmáticas y otras más elaboradas.


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OK

OK

OK

OK

METODOS DE EXPLOTACIÓN MINERA- Clase 1

FIN

METODOS DE EXPLOTACIÓN MINERA- Clase 1- Control N°1

1. Explique que es una RAMPA, y que ventajas tiene de construirla al yacente de una Veta mineralizada. (5 ptos).

2. Explique que son los Métodos de explotación y menciones 4 métodos distintos. (5 ptos).

3. Mencione 2 métodos artificialmente soportados, 1 método autosoportado y 1 de hundimiento o Caving.(5 ptos)

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