diseño sub level caving modulo 1.ppt
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Diseño minas explotadas por Sub Level Caving (SLC)
Definición
Sublevel caving es un método de explotación masivo subterráneo basado en la utilización de flujo gravitacional del mineral tronado y diluyente hundido
Condiciones ideales• Roca de caja dura, diseño de pilares• Roca competente, con pocas estructuras
(formación de cuñas)• Pocas estructuras mayores• Yacimiento verticales• Esteril con algun contenido del mineral de interes• Depositos masivos• Fragmentación gruesa del esteril• Condiciones secas• Buena hundibilidad del esteril para el poligono de
extracción
Descripción • Mineral es fragmentado a través de tronadura• Diluyente o roca huesped hunde bajo la
acción de esfuerzos inducidos y gravedad.• Es un método “top down” • Desarrollo de puntos de extracción mobiles o
sub-niveles• Cabezera en slot al final de la calle de
producción.• Mineral es tronado con perforación radial• Pre-carguío de explosivo es de 3-4 paradas • Secuencia de extracción obedece a regla de
45° en paneles
Ventajas• Minería tipo “top-down”
– Producción desde niveles mas superficiales con la consecuencia entrada en producción.
• Flexibilidad– Se puede conocer de mejor forma la mineralización a medida que
se realizan los desarrollos.• Selectividad
– Si se encuentran bolzones de baja ley se puede solo se extrae el esponjamiento
– Tronadura que resulte en fragmentación más gruesa• Productividad
– En yacimientos masivos se pueden efectuar las operaciones unitarias en varios niveles.
– Se pueden estandarizar e industrializar, concepto de “rock factory”
Ventajas• Riesgo
– Menor cantidad de reservas sujetas a riesgo de ser recuperadas por punto de extracción
– Mineral perdido puede ser recuperado en niveles inferiores por sobre-tiraje.
• Seguridad– Minería realizada en galerías soportadas
Desventajas• Dilución, mineral rodeado de esteril
• Todo el mineral debe ser tronado
• Recuperación baja o alta con dilución (>20%)
• Alta cantidad de desarrollos
• Subsidencia en superficie
• Parámetros de flujo gravitacional no conocidos previo a la explotación (requiere pruebas en terreno para optimizar las operaciones)
• Requiere un control estricto de los parametros de perforación y tronadura ya que esta se realiza en abanicos y en condiciones confinadas– concentración no uniforme de energía del explosivo puede generar back break,
congelamiento de tiros, fragmentación gruesa.
Evolución del metodo de explotación
SLC convencional SLC modernosAplicado a mineral poco competenteMineral de desarrollos: 15-20%Recuperación : 80-85%Dilución: 30-35% en volumenDistancia entre subniveles: 7 – 15 mPunto entrada dilución
Indice de desarrollo (ton desarrollo/ton ring) = 0.178 t/t
Volumen disponible para tronadura17,8%
Aplicado a mineral competenteMineral de desarrollos: 7%Recuperación : 90-100%Dilución: 15-24% en volumenDistancia entre subniveles: 20-30 mPunto entrada dilución: > 50%
Indice de desarrollo (ton desarrollo/ton ring) = 0,055 t/t
Volumen disponible para tronadura5,5 %
Esquema clásico en SLC
SLC- modernos
Comparación de diseños- SLC
Parámetros de diseño
– Distancia entre subniveles– Distancia entre drifts en el mismo nivel– Ancho de puntos de extracción– Forma de puntos de extracción– Parámetros de perforación y tronadura en rings– Slots– Control de la fragmentación– Control del tiraje– Estabilidad
Revisión guías de diseño SLC
Guías propuestas de diseño• Kvapil (1982,1992)- diseño SLC convencional
basado en conceptos de tiraje aislado• Kvapil (2004) – diseño SLC para diseño tipo silo• Bull y Page (2000)- Teoria interactiva aplicada al
diseño del SLC y su operación• Hustrulid (2001) – Diseño basado en parámetros
de perforación y tronadura• Hustrulid & Kvapil (2008) – diseño SLC modernos
Modelos de flujo gravitacional (Kvapil, 1992)
Pared lisa
Ensayos de FG en SLC
Pruebas usando marcadores físicos (Janelid, 1973)
Comparación pruebas con modelos escalados de arena
Determinación de espaciamiento
Definición de altura de elipsoide de extracción
Influencia de condiciones de borde en el flujo gravitacional
Influencia de la geometria de salida en el ancho de extracción
Efecto sobre ancho de extracción
Efecto sobre profundidad de extracción
El ancho aumenta un 20% para el caso de 80° de inclinación
1. Metodología de diseño (Kvapil, 1992)
SLC tradicional (Kvapil, 1992)
Determinar:
SD: espaciamiento entre galerías (m)
HS = distancia entre niveles (m)
Dados:
WD= ancho punto extracción,m
HD= altura punto de extracción,m
Ancho efectivo
Ancho en % de galería para distintas formas de punto de extracción
Ancho de elipsoide de extracción
HtH S 32
Ancho W´en función de la altura total del elipsoide de extracción Ht (m)
Ht determinado por largo máximo de perforación:
SLS convencional : 20-30 m
´ 1.8TW W a
a, ancho efectivo de extracción
Espaciamiento y burden
6.0T
DWS
0.65T
DWS
Hs <= 18 m
Hs > 18 m
D SS HSLS Convencional
Hs=20-30 m
Burden estimado
42Tt Wdb
Ejercicio 1• Determine los parámetros de diseño del nivel de
producción de una mina a ser explotada por SLC convencional para las siguientes condiciones:
– Ancho punto de extracción 5 x 4 m– Altura máxima de perforación 30 m– Mineral corresponde a porfido de cobre– Fragmentación fina (< 200 mm)
Diseño SLC tipo silo
SLC modernos > 20 m, geometría tipo silo (Kvapil, 2004)
•Tipo 1: material tronado fino•Tipo 2: material tronado hasta 0,3 m
•Tipo 3: material tronado hasta 0,6 m
•Tipo 4: material grueso con bolones de 0,75 m o mas ocasionales
•Hn, 2 x altura subniveles
Diseño: ejemplo SLC tipo siloSuponga una altura entre subniveles de 25 m
mxhN 50225
Suponga burden de 3 m y 80° inclinado
Tronadura estándar clase 3
Dimensiones de calles es 5 x 3,8 m
De gráfico de diseño
bn= 18 m (ancho elipsoide de extracción a 50 m)
Bn( inclinado) = 1,15 * 18 m= 20,7
Bn(inclinado) = 1,1 * 18 = 20 m (disminuye factor de seguridad)
Diseño SLC modernosDiseño SLC:
1. Punto de extracción
5 x 4, 6 x 5, 7 x 5 (LHD)
2. Burden y espaciamiento:
ANFO B= 20 D
Mas energeticos B=25D
B/S = 1.3
Ejemplo:
D= 115 mm; emulsión
B= 3 m
E= 4 m
Ref. Bullock y Hustrulid (2001)
Planning the undeground Mine on the Basis of Mining Method
Underground Mining Methods, Engineering fundamentals and International Case Studies, SME.
Intervalo subniveles 25 m
Angulo base 70° (flujo)
Intervalo subniveles 25 m
Angulo 55° para quebrar mineral en el apex
Reducir largo maximo perforación
Ubicación disparos en el ring
Buffer se deja de un 1 entre los bordel del ring
- Tiros inclinados 70°-80° para mejorar la estabilidad de la visera y acceso para cargar los disparos.
Superposicipon elipsoide de extracción
Guías de diseño SLC – modernos (revisado, 2008) 1. WD, HD, ancho y altura de punto de extracción determinado por equipos
2. Hs, determinado por altura de perforación
3. SD = 2,4 WD (Hs > 15 m)
Ref. Hustrulid y Kvapil (2008)
rocaAnfoe
e
h
d
d
PP
rR
RB
65.220
2
,
exp,
4. Burden
BST 3.1
4. Espaciamiento entre disparos radiales
5. Espaciamiento entre disparos paralelos
6. Inclinación disparos. 70-80° hacia el caving
TS B
Guías de diseño SLC – modernos (revisado, 2008)
Ejemplo• Determine los parametros de diseño de SLC con
los siguientes datos:– D = 115 mm– Equipo LHD 13 yd3– Explosivo: Emulsión (Pe,expl=3900 MPa)
Ejercicio – cálculo parámetros de diseño SLC
Diametro perforación 115 mmAncho galería WD 7 mAltura galería HD 5 m
ExplosivoPresión explosivo 3900 MpaDensidad de roca 4.6 ton/m3
Intervalo subniveles Hs 25 m
Espaciamiento Hs 17 m
Burden BRd/rh 23.69988993Rd 1.4 metrosB 2.73
Espaciamiento entre tiros (radiales)
e 3.5 metros
Espaciamiento entre tiros (paralelos)
e 3.0 metros
Inclinación alpha 80°
Longitudinal o trasversal?
SLC Transversal SLC Longitudinal-Produce mas puntos de extracción-Slot corta los esfuerzos inducidos-Relajación puede provocar inestabilidad estructural.- Más desarrollo en estéril
-Menos puntos de extracción-Desarrollos en mineral-Esfuerzos perpendiculares a pilares-Estructuras confinadas-Menos productivo-Mayores requerimientos de ventilación
SLC - Transversal versus longitudinal
SLOT
SLOT
Desarrollosen esteril
Frente amplio
Frente angosto
Slots1. Slot individual con chimenea al final de cada galería de extracción
2. Continuo con una chimenea a un extremo en un desarrollo perpendicular
Chimenea
Chimenea
Slots3. Quemar hacia la galería de producción
4. Quemar hacia una galería perpendicular
Guía de buenas prácticas operacionales en SLC• Desarrollos
• Soporte: El objetivo del soporte es mantener la forma de las viseras, mantener collares estables, reducir back break, y producir condiciones de carguío seguras.– Soporte sistemático: Split set y malla– Soporte estructural: pernos lechados con planchuelas
resistentes– Cables en pilares
Guía de buenas prácticas SLC• Tronadura producción, el objetivo de la tronadura
es arrancar el mineral, compactar el esteril, previniendo tiros quedados y creando buena fragmentación que se traduzca en interacción y alta productividad.
Método de extracción
LHD de poca capacidad LHD de gran capacidad
Riesgos operacionales• Daño en viseras
– Cuñas– Back break, – falla por esfuerzos provoca corte
de tiros • Pilares
– Estabilidad de pilares por abutment, estructuras
• Puentes– Dificultad en quebrar el mineral en
altura, produce que el esteril fluya alrededor
• Paredes– Sobre consolidación de esteril
• Congelamiento de tiros• Pilares entre zonas de extracción,
pilar no quemado en los bordes• Sobretamaño, debido a desviación
de tiros
• Cuñas
• Colgaduras (caving)
• Slot incompletos
• Perdida de tiros– Corte de tiros– Cierre de tiros
Riesgos operacionales
Recuperación y dilución en SLC
Dilución en SLC convencional
Mecanismo de mezcla en SLC
Fuentes de dilución en SLC
Dilución observado en SLC modernos
% de esteril puntual mina Kiruna
80% recuperación
20% dilución
Pulsación de esteril debido a diferentes porcentajes de volumen disponible
SLC- Benchmark
Minas en estudioMina Dueño Ubicación Metal Producción
diariaKiruna LKAB Suecia Hierro 76,000Malmbergert LKAB Suecia Hierro 45,000Perseverance BHP Australia Niquel 5,000Ridgeway Newcres
tAustralia Oro/
Cobre16,500
Stobie Inco Cánada Niquel 5,000
Bench mark SLCStobie Ridgeway Perseverance Malmbergert Kiruna
Espaciamiento entre galerías m 17 14 15 22 24.75Espaciamiento entre subniveles m 31 30 25 28 28Ancho Pilar m 18 14 15 22.5 25Ancho galeria m 5 7Altura galería m
Inclinación rings ° 70 80 75 80 80Angulo shoulders ° 45 65 30 68 72
Explosivo por disparo ton 2 1.1 1.25 2.5 3.0Factor de carga Kg/t 0.75 0.4 0.4 0.25 0.25Densidad emulsión g/cc 1.25 1.1 1 1.2 1.2
Producción diaria ktpd 5,000 16,500 5,000 45,000 76,000Disponibilidad puntos extracción número 25 41 12 65 86Productibilidad relativa (ton/dp/día) 200 402 417 692 884Recuperación ley % 65 90 81 75 75Entrada dilución % 20Fortificación 2.2 - 15 pernos/metro
Parámetro Diseño
Estudio de casoPruebas SLC en terreno
Trial design-Ridgeway Mine
• Marker design– Steel pipe, 300mm lengths, 40mm Ф– Filled with grout to simulate rock density– Individual marker IDs welded on markers– Redcaps and Spiders used to hold markers
up hole• Marker Installation
– Installed using explosives charging truck– Grouted into the hole to ensure position is
maintained– Approx. 300 markers in a monitored ring
• Marker Recovery– From magnets on ore handling level– Tests with markers placed into ore passes
show 100% recovery of drawn markers
Ring designs• Blast Rings
– 7 hole pattern– Emulsion 1.1 density– Holes double primed– Pre-charging system
used– 25m sublevel spacing– 6m wide drives– 14m XC spacing
• Marker Rings– 2 – 3 marker fans per
burden– Markers spaced at 1m
intervals down hole– Holes offset in
successive marker fans
AssessmentModeled in 3D to assess
– volume recovered for 20% increments of primary draw
– Volume back break– Width of draw– Depth of draw– Estimated time and location of
dilution entry– Secondary recovery– Tertiary recovery
Back-break recovered previous
ring blast
Primary recovery from blasted ring
Secondary recovery from
level below
Typical primary recovery results
• Average width of draw 11-12m
• No interaction between adjacent rings
• Depth of draw variable with height
• Draw proceeds up front of ring and deepens
• Flow cyclic and variable in individual rings – not the same as in physical models
• Average Primary recovery 60% at 120% draw – consistent across many rings tested