Metodo de minado por hundimiento de subniveles SLC

Castro Cuya Lincoln 20091166I

Introduccin

SLC es un metodo masivo de minado basado en la utilizacion del flujo gravitacional del mineral disparado y del desmonte derrumbado.

SLC es la evolucion natural del tajeo por subniveles. El block caving, en cambio es el siguiente paso en el aumento de escala del SLC.

En la primera aplicacion del SLC, el mineral no era perforado ni volado,pero ciertas partes eran rotas por hundimiento inducido(de ahi el nombre de hundimiento por subniveles).

Actualmente , el metodo se ha adaptado a rocas competentes que necesitan ser perforadas y disparadas; sin embargo, las cajas son las que se derrumban.

Ventajas

Es un mtodo seguro. Las dimensiones de la galera de produccin son alo mas 5m ancho y 4 m de altura

Alta mecanizacin: debido a la independencia de las operacionesunitarias.

Tiene un costo deproduccin relativamentebajo.

Desventajas

Alta dilucin

La perforacin y voladura debe estarmuy bien controlada, para poderobtener adecuados fragmentos demineral que permitan el flujogravimtrico.

Perdida de mineral en las zonaspasivas

Alto costo de desarrollo(subniveles,rampas, chimeneas y ore passess)

Subsidencia y dao a la superficie

Se deben determinar muy bien losparmetros del flujo gravimtrico

En SLC, todo el mineral debe ser fragmentado para poder utilizar el flujogravimtrico.

El estado en que queda el mineral despus de ser volado es llamadocoarse material

Este material se caracteriza por tener diferentes formas y tamaos

la distribucin del tamao depende de la malla de perforacin y lavoladura

Este material puede ser muy heterogneo pero podemos asumir 4 tiposbsicos.

Clasificacin de los materiales gruesos indicando los Angulo para el transporte gravitacional

Tipo I. importante cantidad defragmentos esfricos maso menos delmismo tamao y forma.

Tipo II. Materiales del mismo tamaopero diferente forma.

Tipo III. Material compuesto porfragmentos grandes, granos y arenas.

Tipo IV. Es una mezcla de materialesgrandes, granos, arena o polvo de roca,arcillas, etc.

GF. Rango para el transporte porgravedad

El mineral volado y el desmontepertenece al tipo III y IV.

Principios del flujo gravitacional

La teora del flujo gravitacional fue dadapor Kvapil y Janelid (1956)

Para construir silos eficientes era necesarioconocer los principios del flujo gravitacionaldel material almacenado.

El flujo gravimtrico en SLC es mucho mascomplejo que el flujo en los silos

La geometra y dimensiones del SLC nopueden ser seleccionadas aleatoriamente,sino deberan ser planeadas con respectoa las leyes del flujo gravitacional demateriales gruesos.

Debemos darnos cuenta que el flujogravitacional de materiales gruesos escompletamente diferente al flujo delquidos.

Factores que controlan el flujo gravitacional

El flujo gravitacional se puede demostrarde una manera sencilla , en un recipientetransparente relleno con capashorizontales de arena blanca ynegra(Kvapil).

Para la simulacin del flujo gravimtrico seuso el modelo mas sencillo. Este es un silocon el eje de la apertura de extraccindebajo.

La apertura de extraccin en el modelotiene las mnimas dimensiones quepermitan el flujo continuo de material

La inclinacin de la parte inferior no tiene influencia en el flujo gravimtrico

Esta fig. muestra una fase de extraccin masavanzada.

La deflexin de las capas horizontales indica lazona activa.

Las zonas con las capas inalteradas son lasllamadas zonas pasivas.

si unimos los limites de zona activa, se observauna forma muy parecida a una elipse, que si lavemos en el espacio seria un elipsoide derevolucin

La forma elptica se introduce como unasimplificacin para un mejor anlisis matemtico.

Despus de la extraccin de cierto volumen,el material remanente reemplaza estaperdida por su desprendimiento. formandoun elipsoide de desprendimiento.

Hay un relacin entre el volumen de materialextrado y el elipsoide de desprendimiento.

El tamao y la forma de este elipsoide seincrementa con el volumen de material.

Dependiendo de las propiedades del materialeste elipsoide desprendimiento puede tenerentre 14 y 16 veces el volumen del materialextrado.

Por los patrones observados en el modelo,no es posible definir la forma ni el volumende la zona de donde el material a sidoextrado.

Solo sabemos que si extraemos ciertacantidad de material se formara un elipsoidede desprendimiento

Bajo estas condiciones Es obvio que la velocidad en el contorno del

elipsoide desprendimiento es cero, y que lavelocidad es mayor en el centro de laapertura.

Podemos hacer un anlisis para determinarla distribucin de velocidades.

Luego podemos encontrar zonas quetengan la misma velocidad, la lnea que unelos puntos con una misma velocidad formaen el plano un elipse y en el espacio unelipsoide de misma velocidad.

Evidentemente, la forma de las zonas deflujo gravitacional esta controlada por unaespecifica distribucin de la velocidad demovimiento, resultando en elipsoides demisma velocidad.Por lo tanto, no solo la zona dedesprendimiento tiene forma de unelipsoide, sino que tambin la zona desdedonde se extrajo el material descargado, aesta zona se le conoce como elipsoide deextraccin.

El elipsoide de extraccin es definido como: la superficie que se genera alunir ciertos punto que alcanzan simultneamente la salida

La existencia de un elipsoide de extraccin puede ser demostrado por variosmtodos diferentes. Una posibilidad es hacer un modelo tridimensional dondese coloquen ciertas marcadores en el material granular bajo un patrndeterminado.

La posicin original de los marcadores es conocida antes de la extraccin, losmarcadores extrados junto con el material extrado definirn el elipsoide deextraccin.

El mtodo de usar marcas a sido usado para determinar el elipsoide de extraccin as como tambin toda la zona activa en silos.Una evidencia mas practica del elipsoide de extraccin se muestra a continuacin

Es evidente que,con la extraccincompleta delelipsoide deextraccin. Se formaun embudo . Elvolumen de esteembudo es igual alvolumen delelipsoide deextraccin

Para cierta altura , se dan las siguientes relaciones.

Estas relaciones , son la base para entender, explicar y justificar los femmonos envueltos en el flujo gravimtrico.

Asumiendo lamismaexcentricidadpara los 2elipsoides .

Ahora para la misma altura de extraccin, el elipsoide de extraccinpuede tener diferentes volmenes para diferentes materiales, ya que laexcentricidad del elipsoide depende de la fragmentacin del material.

La excentricidad tambindepende de la forma de laspartculas(esfricas,irregulares),rugosidad de laspartculas, Angulo defriccin, densidad, radio deextraccin, humedad,resistencias de laspartculas.

Todo estos factores resultanen un cierto comportamientoque puede ser expresado entrminos de la movilidad delmaterial.

A mayor movilidad masexcntrico el elipsoide,

A menor velocidad mas anchoes el elipsoide.

Aplicacin al SLC

La geometra del SLC es similar a la de unsilo con una apertura de extraccinlocalizada no en la parte inferior sino en lapared del silo

La zona de flujo gravitacional es cortada porla pared vertical

Es decir el elipsoide de extraccin ydesprendimiento es cortado por lapared vertical

Ele eje del flujo gravimtrico estadesviado de la pared un Angulo

El ngulo se incrementa cuando lafriccin a lo largo de la pared seincrementa

Omitiendo esta desviacin podemosasumir que el eje del flujo gravimtricocoincide con la pared

En las descripciones anterioresasumimos que el material deba serdescargado por una apertura de anchomnimo que permita el flujo continuo.

En SLC el ancho de la apertura dedescarga esta dada por el ancho de lagalera de produccin que es muchomayor que la apertura mnima

Vemos que la parte central se muevecomo una columna, este tipo demovimiento se llama flujo de masa

En SLC la apertura en el techo tiene laforma de un slot y su longitud terica seria ladel ancho de la galera. En este caso

Forma simplificada dela zona de extraccincreada en el SLC seria un elipsoide queconsiste de 3 partes:

Flujo de masa B

Flujo gravimtrico normal A

Mientras mas incrementamos el ancho de la apertura mas aumenta elancho del elipsoide de extraccin y por lo tanto el volumen de la zonade extraccin

Tambin se incrementa el volumen de material sin diluir que se puedeextraer ya que el embudo de salida alcanzara la apertura mas tarde.

Debemos decir que el ancho efectivo deextraccin no solo depende del ancho de lagalera de extraccin sino tambin de la formadel techo

Si el techo es arqueado se formara un cono quenos dar un ancho efectivo de extraccinpequeo. Que no es deseable.

Si el techo es horizontal(o un poco arqueado) elmineral volado formara un prisma en la galera,por lo tanto se utilizara casi todo el ancho de lagalera

Esta figura indica el ancho efectivo de extraccin como un porcentaje del ancho de la galera en funcin a la forma del techo

Una correcta extraccin demineral no solo depende de unancho grande de extraccin, sinotambin de un adecuado grosorde la zona de salida.

De acuerdo a la teora derankine las trayectorias demximos esfuerzos en unmaterial estn inclinados unngulo de la vertical

es el ngulo natural derasposo

El punto 2 representa lainterseccin de las trayectoriasdesde el punto 3

Este grosor depende de cuanto pueden penetrar los cargadores enel talud.

Si la penetracin es pequea el grosor de salida es pequeo y solouna pequea parte de la altura de la galera seria utilizada para laextraccin

Si vamos extrayendo material, el Angulodel talud alcanzara el limite tericoestablecido por la lnea 2-3

Esto es donde el FS es igual a 1

Lgicamente para usar la alturacompleta de la galera la profundidad depenetracin debe ser

la profundidad de penetracin de loscargadores son aproximadamente entre1 y 1.3 m mucho mas pequeo que laprofundidad terica x

Por ejemplo si = 35 = 3 laecuacin x = 2.7m la profundidades sonmenores que esta.

Esto quiere decir que solo una parte de la altura de la galera ser utilizada(e).

Este ngulo no es constante, el talud puede variar entre los puntos 1 y2,

Esto quiere decir que el pie del talud puede estar muy cerca a 2.

Mientras mas cerca el talud este del plano 32 se estar ante un inminente fallo. Por lo tanto, por razones de seguridad, es til definir el Angulo del plano 32 y inducir la falla del talud antes de llegar a condiciones limites

Como se ha mencionado el elipsoide de extraccin ( para una apertura mnima) no tiene la forma exacta de un elipsoide sino mas bien tiene la parte superior mas ancha

Para materiales muy finos esta diferencia es mnima

tiene el frente es demasiado rugoso, hay altafriccin, entonces el elipsoide estardesviado de la vertical.

Esta desviacin depende de la altura delsubnivel. Para un altura de 11 m estadesviacin puede ser 1m

Entonces la forma del elipsoide deextraccin ser :

El cambio de forma es muy notorio en SLC ya que adems de tener unaapertura de extraccin grande hay muchos otros factores debido a lavoladura, que se realiza contra el desmonte.

Estudios de laboratorio y pruebas in-situ

Investigaciones para saber la forma delelipsoide de extraccin han sido desarrolladasen modelos de laboratorio y pruebas in situ

Cada uno con sus ventajas y desventajas

En el laboratorio no se puede simular lascondiciones naturales perfectamente

Y en el campo es muy laborioso y caro.

Estos anlisis sugieren 2 formas del elipsoide

Para razones ingenieriles es suficiente conocerla forma, pero es insuficiente para desarrollaruna teora explicita.

Aunque la diferencias son pequeas se puedediferenciarlas

Gua de diseo practico

La parte mas importante del diseo de unSLC es la determinacin geomtrica delminado que tendr que satisfacer lo mas quese pueda los parmetros del flujogravitacional.

Primero tenemos que determinar el ancho y elespesor del elipsoide de extraccin para unadeterminada altura.

Actualmente no existen mtodos explcitospara calcular los parmetros debido a laheterogeneidad de los materiales y lo diversosfactores envueltos en el flujo gravimtrico.

Se darn ciertas formulas empricas queservirn como una pauta

Dimensiones del elipsoide de extraccin

Para eliminar el factor del tamao de la aperturade extraccin, los modelos de investigacin,pruebas in situ y observaciones en lasoperaciones de SLC se usaron para determinarun ancho terico aproximado W del elipsoide deextraccin, asumiendo la extraccin a travs unancho mnimo

Asumiendo una fragmentacin normal de mineral,el ancho terico mnimo de la apertura es aprox1.8m

Ya hemos visto que la excentricidad del elipsoide aumenta con laaltura de extraccin y la granulometra del material.

Para una misma fragmentacin el flujo gravitacional de un materialmuy denso(magnetita) ser mas esbelto que el de uno menos denso(calcopirita)

El ancho terico W del elipsoide de extraccincorrespondiente a una altura de extraccin semuestra para minerales de alta y baja densidad.

El ancho efectivo de extraccin es normalmentemas largo que el ancho mnimo, y por lo tanto, elancho total W del elipsoide de extraccin en elSLC sern mas grandes que los mostrados.

Una aproximacin del ancho total W y de lapotencia del elipsoide de extraccin para unaaltura dada ht se puede calcular por lassiguientes formas empricas.

Espaciamiento vertical entre subniveles

Despus de la extraccin, un pilar con formatriangular queda en la parte superior cubiertopor una zona pasiva con mineral remanenteque puede ser parcialmente recuperado desdeel nivel inferior

Por lo tanto la altura de extraccin estadefinida por la distancia entre el piso del nivelinferior y el punto A

Las galeras de produccin en el SLC deben estar localizadas bajo ciertopatrn conforme al flujo gravitacional.

Las galeras de extraccin deberan estar ubicadas en la zona donde el

elipsoide de extraccin tiene su ancho mximo . Esto ocurre a

Esta altura indica aproximadamente la distancia entre subniveles.

Espaciamiento horizontal entre galeras

Necesitamos determinar el ancho del elipsoide de desprendimiento en una seccin horizontal justo al nivel donde el elipsoide extraccintiene su ancho mximo

Asumiendo que las relaciones y principios del flujo gravitacional sonaplicadas al SLC, el ancho total del elipsoide de extraccin es un 60 a65% del ancho del elipsoide de desprendimiento.

Ancho de la tajada burden (b)

En SLC convencionales se tiene la siguiente relacin

Lo que significa que la geometra bsica tiene la forma de uncuadrado o se desva ligeramente de ella

Una gua aproximada para el espesor de una tajada tronada en elfrente de un subnivel es :

Inclinacin del frente

El frente es usualmente vertical o inclinado 80 grados

Esta inclinacin no solo es favorable para la perforacin y cargar lostaladros sino tambin para minimizar la dilucin

Con un frente vertical el elipsoide de extraccin penetra en eldesmonte.

La inclinacin del frente cambia laforma del flujo gravimtrico y elelipsoide ser mas delgado.

Extraccin y dilucin

Se muestra El proceso ideal de dilucin desarrollado en SLC como unafuncin del volumen de mineral y el volumen total extrado.

Tericamente la mejor extraccin 100% esta definida por la lnea OA.imposible en la practica.

La extraccin optima puede tener diferentes valores dependiendo de losfactores econmicos.

En la fig. asumimos que la extraccin paradespus de extraer 110% del volumen deltajeo

Como una gua para la evaluacin de la extraccin (asumiendo unaextraccin de 110 % de material) se puede usar las siguientesclasificaciones:

Clase I: la extraccin es buena mineral 80% y desmonte 30%

Clase II; la extraccin es aceptable mineral 75% y desmonte 35%

Clase III: la extraccin es pobre mineral 65% y desmonte 45%

La dilucin total se puede definir alcomienzo del proceso de dilucin. porejemplo

Si depuse de extraer 71% de materialtenemos 60% de mineral, podemosesperar que cuando hayamos extrado120% de material 77% sea de mineral

Ejemplo de aplicacin

Determinar la geometra aproximada para un SLC tradicional, dada la siguiente informacin:

Ancho del subnivel = 5

Altura del subnivel = 3.5

El mineral volado tiene alta densidad

Forma del subnivel: techo plano

La altura del elipsoide de extraccin se estima que es = 21

Calculamos en el ancho efectivo de extraccin que esta en funcin de la forma del techo.

= 0.7 = 50.7 = 3.5

El ancho terico W del elipsoide de extraccin para una altura =21

= 6.8

Ancho del elipsoide de extraccin 6.8 + 3.5 1.8 = 8.5

d 8.5/2 = 4.25

Espaciamiento del burden =4.25/2 = 2.12

La altura hs es aproximadamente

= 2/3 1,5

h = 12.5

Ya que la altura total de extraccin es = 21 > 18 entonces el espaciamiento horizontal ser

< /0.65 < 13.07

Para una mejor extraccin es favorable que las zonas de desprendimiento se intersecten por lo tanto

= 12

Debemos enfatizar que las formulas que hemos usado para ladeterminacin de la geometra han sido calculadas asumiendomuchas simplificaciones y solo deben servir como gua.

Como un diseo preliminar de la geometra