Metodos de Explotación de Minas Subterraneas

Métodos de explotación de
Minas Subterráneas
Motivación
• Minería se refiere a fragmentar, seleccionar y
transportar
• El método de explotación es la arquitectura que
permite realizar lo anterior de una manera
tecnológicamente eficiente y económicamente viable
• El programa de producción se refiere a como el
diseño se despliega en el tiempo y como las metas
de producción son alcanzadas con la herramientas de
diseño, gestión, etc
– Plan to mine and mine as planned
Diseño de Minado Subterráneo
• Es el proceso de ingeniería de minas que
plantea una metodología de acceso a un
cuerpo mineralizado y posibilitar su extraccion
con rentabilidad.
• Objetivos:
– Recuperación en explotación
– Dilución
– Seguridad
– Beneficio económico
– Confiabilidad de las estimaciones de producción
Minería a Cielo Abierto
• Generalmente aplicado a yacimientos de
baja ley y superficiales
• Ritmo de producción >20,000 tpd
• Moderadamente selectivo ya que posee
la facilidad de vaciar el estéril en
botaderos
• Desafíos en el diseño
• Manejo de la ratio estéril/mineral y su
evolución en el tiempo
• Ubicación de las rampas de acceso y
producción
• Diseño de las flotas de equipos
• Estabilidad de las paredes del tajo
Minería Subterránea
• Utilizado para yacimientos de
mediana y alta ley
• Ritmos de producción 500-50000
tpd
• Más selectivo que el método de
tajo abierto excepto por los
métodos por hundimiento
• Problemas de diseño:
• Geometría de la mina
subterránea
• Estabilidad y soporte
• Ubicación de los accesos
• Logística para el transporte y
movimiento de mineral
subterráneo
Componentes de una Mina
Subterránea
Acceso horizontal (Cruzero, Drift)
Excavación horizontal de acceso a la mina
Piques (shafts)
Excavación vertical de acceso a la mina
Chimenea (Ore passes)
Excavaciones sub-verticales dedicadas al
traspaso de mineral, personas y en algunas
ocasiones utilizadas como cara libre
Rampas (Declines or ramps)
Son excavaciones horizontales orientadas en
espiral con el propósito de conectar dos
niveles o acceder a la mina
Tajeos (Stopes)
Corresponden a unidades básicas de
explotación de las cuales se extrae mineral.
En algunos casos estos tajeos son
rellenados con material de relaves estéril.
Esquema de una Mina Subterránea
Sección Longitudinal
Sección Transversal
A
B
A
Accesos
Niveles
Rampa
A, B Áreas Productivas
Esquema de una Mina Subterránea
Vista Planta • Accesos

– Áreas Productivas
A1 A2
• Niveles
A3 A4 – Unidades básicas de
Puntos de extracción explotación
» Puntos o frentes de
Acceso Nivel
extracción
Pilar
A1,A2 Unidades básicas

A3,A4 de explotación
Definición de Mineral
• Mineral es todo aquel
porción de un yacimiento
minero que paga sus costos
de producción y el costo de
oportunidad Roca de Caja
• Definición económica
Si embargo se debe diseñar
considerando que los
cuerpos mineralizados
pudiese contener material
estéril en su interior y
afectar la rentabilidad Cuerpo Mineralizado
o Mena
Parámetros Utilizados en el Diseño de
Minas Subterráneas
• GEOLOGIA
• Geometría
• Macizo rocoso
• Estructuras de debilidad
• Continuidad
• Estabilidad: Hundibilidad/ Estabilidad
• Distribución de la ley
• Costos
• Dilución planeada y no planeada
• Restricciones externas e internas
• Ritmo deseado
Geometría
• Tabulares
• Irregulares
• Masivos
Macizo Rocoso
• RMR de la roca mineral y de
caja
• Es MUY relevante la Pared Pared
Colgante (HW) Pendiente (FW)
distribución de la calidad de 2B 2B
macizo rocoso en la roca de 2A
caja y mineral
• Diseñar para los valores
extremos y también los
promedios
4B
4A
3B
Continuidad
Perfil Longitudinal
Perfil Transversal
Gráficos de estabilidad
Jakubec and Laubscher(2000),Massmin

Minería Subterránea
• Es sólo una excavación bajo la superficie
• Existen sólo 3 métodos de explotación
– Soportados por pilares (recuperación minera
reducida)
– Artificialmente soportados o relleno (alto costo)
– Sin soporte o hundimiento: natural e inducido
(alta incertidumbre)
Aspectos a cuidar en la selección del
método
• Definir el retorno sobre la inversión como una meta
• Seleccionar block caving para alcanzar el retorno
sobre la inversión
• Forzar los parámetros de diseño y condiciones de
roca para alcanzar un método determinado
• Se diseña un método de explotación de modo de
aprovechar una planta existente que posee una
determinada capacidad
Métodos de Explotación
Subterráneos
Artificialmente
Soportado Sin soporte o
Soportado
Por Pilares Hundimiento
con Relleno
Lonwall Sublevel Block

Sublevel and Mining Caving Caving
Room and Pilar Longhole
stoping
Bench and Fill Cut and Fill Shrinkage VCR

stoping Stoping Stoping Stoping
Desplazamiento de la roca de caja
Energía de deformación almacenada en las proximidades de una excavación

Room and Pilar (Cámaras y pilares)
• Cuerpos mineralizados mantiformes y de
baja potencia
• La calidad de la roca de caja y mineral
deben ser competentes (2B)
• Se dejan pilares para mantener el techo y
las paredes estables
• Se deben diseñar los pilares y los tajeos
para maximizar la recuperación de mineral
• Cuerpos mineralizados con potencias
mayores a 10m y menores a 30 m se
explotan por sub-niveles desde el techo al
piso.
• Baja dilución menor a 5%
• Recuperación baja menor a 75%
• Costo de producción 10-20$-t
Post Room and Pilar Mining
• Variación del método de Room and
Pilar
• Cuerpos con potencias mayores a
30m e inclinados (menor a 20 grados)
• Comienza en la parte inferior del
cuerpo mineralizado y se extiende en
la vertical por sub-niveles
• Una vez realizada la perforación,
voladura, carguío y transporte del
mineral se procede a rellenar el tajeo
típicamente con colas de relaves
mezcladas con cemento.
• El relleno aumenta el confinamiento
permitiendo diseñar con un menor
factor de seguridad y por lo tanto
maximizando la recuperación
Longhole and Sublevel Open Stoping
Longhole Open Stoping Sublevel Open Stoping
Longhole and Sublevel Open Stoping
• El cuerpo mineralizado es dividido en diferentes tajeos separados por losas y muros
• La productividad del tajeo es proporcional a su tamaño
• La estabilidad y dilución de un tajeo es inversamente proporcional a su tamaño
• Se utiliza open stoping en las siguientes condiciones:
– La inclinación del cuerpo mineralizado excede el ángulo de reposo del mineral
– Roca de caja y mineral competente (2B)
– Cuerpo mineralizado de paredes regulares
• El método de longhole open stoping posee una mayor productividad pudiendo lograrse
subniveles de perforación en el intervalo 60-100m con martillos ITH de 140 -165mm de
diámetro
• Longhole open stoping requiere una mayor regularidad que el sub level stoping
• Actualmente se prefiere operar con el equipo de carguío en la zanja de producción, las
estocadas de carguío y puntos de extracción. Esta variante se debe operar con equipo
telecomandado
• Baja dilución, menor a 8%
• Baja recuperación menor a 75%
• Costo 12-25 $/t
• En algunos casos se deben rellenar los caserones luego de extraído el mineral
Vertical Crater Retreat con Relleno VCR
VCR tajeo Primario VCR tajeo Secundario
Vertical Crater Retreat VCR con Relleno
• Se utiliza en cuerpos mineralizados de baja a mediana potencia y en rocas de
mediana competencia (3B)
• Se utiliza la técnica de cargas controladas en que el largo de la carga explosiva es
menor a 6 veces el diámetro de perforación. Carga esférica
• Este sistema de explotación requiere la construcción de estocadas y puntos de
extracción
• La secuencia de construcción es la siguiente
– Nivel de transporte
– Arreglo de galerias de producción
– Corte basal
– Nivel de perforación
– Perforación de tiros largos menor a 40 m en caso VCR
• Los disparos generan cortes de hasta 3m
• Costo 15-45 $/t dependiendo si se rellena o no
• Dilución 10%
• Recuperación menor a 80%
Bench and Fill Stoping
• Alternativo a
VCR Avoca
• Utilizado en Drilling Equipment Truck backfills after

most ore is mucked
cuerpos de Retreatin
g
Blasted
menor Ore
Ore
Backfill
competencia LHD Equipment

mayor Floor can be of any type: Ore, backfill or sill (mat) pillar
continuidad en
la corrida
Shrinkage Stoping
• Vetas angostas (potencia menor a 10m)
• La roca de caja es de baja competencia
(4B) y la mineral de mediana a alta (3B)
• Se remueve solamente el
esponjamiento(40% del volumen) de la
roca volada, el resto se mantiene
almacenado para mantener las paredes
estables y proveer de piso al sistema de
perforación
• Infraestructura de producción es
requerida.
• Productividad menor a 4500 tpd
• Alta dilución 30%
• Mediana recuperación 85%
• Costoso y riesgoso
Cut and Fill Mining
• Cuerpos mineralizados con orientación
vertical y potencias de 3 a 10 m
• La roca de caja es generalmente de baja
competencia (4A) y la roca mineral de baja
a media (3B).
• Se realiza por subniveles de manera
ascendente
• Los tajeos en explotación se pueden
separar por muros y losas de modo de
aumentar la estabilidad del sistema
minero
• Rellenos: hidráulicos colas de relave,
material estéril, ambos más cemento, etc.
• Método altamente selectivo, por lo tanto
permite explotar cuerpos de baja
regularidad y continuidad espacial
• Baja dilución menor a 2%
• Alta recuperación mayor a 90%
• Alto costo de producción 40-150 $/t
• Baja productividad 200 a 4500 tpd
Overhand Cut and Fill
• Overhand cut and fill se realiza con
perforación horizontal por sobre el
material de relleno
• Underhand cut and fill:
El mineral se encuentra por debajo de la
zona rellena. Típicamente se utiliza relleno
de cemento
• Este método comienza en el techo del
deposito y trabaja descendentemente
hasta el nivel de transporte
• Se utiliza en cuerpos con baja continuidad
espacial y especialmente en cuerpos
constituidos de roca mineral y de caja
frágil (4B-5A)
• La dilución es baja menor al 2%
• La recuperación es alta mayor a 90%
• El costo es alto 60-180 $/t
• Se utiliza en yacimiento de alta ley
Sublevel Caving
• Se utiliza en cuerpos mineralizados con
orientación vertical y alta potencia mayor
a 40m
• La roca de caja es de baja competencia y
la roca mineral competente a mediana
• Se explota por subniveles donde se
realizan en ciclo las operaciones unitarias
de perforación, voladura, carguío y
transporte
• Consiste en hundir la roca de caja y la
pared colgante de esta manera el mineral
queda en contacto con el estéril
facilitando el acceso de LHDs a través de
las galerías de producción
• Productividad 4000 a 20000 tpd
• Costo 7-12 $/t
• Dilución es alta hasta un 15%
• Recuperación 75%
Block Caving/Panel Caving
• Cuerpos masivos con una proyección en
planta suficiente para inducir el
hundimiento de la roca
• La roca mineralizada a hundir debe ser
medianamente competente 3A-4A
• La roca estéril de techo debe ser hundible
• La roca de caja puede ser competente
como en el caso de pipas diamantiferas
• Se induce el hundimiento de la roca a
través del corte basal 4-12 m. El
hundimiento se propaga en la medida que
la roca es extraída del hundimiento
utilizando la infraestructura de producción
• Productividad 12000 a 48000 tpd
• Dilución 20%
• Recuperación 75%
• Costo 2.1-5$/t

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A1,A2 Unidades básicas

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Lonwall Sublevel Block

Bench and Fill Cut and Fill Shrinkage VCR

Desplazamiento de la roca de caja

Energía de deformación almacenada en las proximidades de una excavación

• Utilizado en Drilling Equipment Truck backfills after

competencia LHD Equipment

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