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1DISEODISEODISEODISEODerrumbe por Sub NivelesDerrumbe por Sub
Niveles
(Sub Level Caving)
Ing. Abdel Arroyo Aguilarg y g
Sublevel Caving
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2Sublevel Caving
Sublevel Caving
Metodo de explotacin masiva que se basa en Metodo de explotacin
masiva que se basa en la extraccin de mineral mediante perforacin y
voladura y el hundimiento del estril
La perforacin, voladura y carguo de la roca de caja se efecta en
Subniveles que se espaciancaja se efecta en Subniveles que se
espacian regularmente en la vertical y horizontal
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3Sublevel Caving Se utiliza en cuerpos
mineralizados con orientacin vertical y alta potencia mayor a
40mL d j d b j 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 perforacin, voladura, carguo y
transporte
Consiste en hundir la roca de caja y la pared colgante de esta
manera el mineral queda en contacto con el estril facilitando el
acceso de LHDs a travs de las galeras de produccin
Productividad 4000 a 20000 tpd Costo 7-12 $/t Dilucin es alta
hasta un 15 - ? % Recuperacin 75 - ? %
- 41. Geometra del Yacimiento Aceptable OptimoForma Tabular
TabularPotencia Media GrandeBuzamiento Cualquiera VerticalTamao
Medio GrandeRegularidad Media Alta2. Aspectos Geotcnico Aceptable
OptimoResistencia (Techo) >100 MPa >50 MPaResistencia (Mena)
>50 MPa >50 MPaFracturacin (Techo) Media-Alta AltaFracturacin
(Mena) Media BajaCampo Tensional In-situ
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5Preparacin Desarrollo del nivel de transporte principal o pique
de transporte Piques de traspasoq p Subniveles , en cuerpos con
poca potencia misma orientacin, en cuerpos masivos se accede desde
la pared yacente Chimeneas de cara libre al final del subnivel
(usualmente en la caja piso) La produccin se lleva a cabo a 2 a 3
niveles, los desarrollos se llevan a cabo en 2 a 3 niveles
inferiores Los desarrollos se llevan a cabo en mineral con un 20 a
30% de extraccin Desarrollar la operacin: 3 a 5 aos
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6Produccin Perforacin de produccin
Perforacin ascendente Diametro de 51.115 mm Largo maximo de
25.40 m (espaciamiento vertical de entre Largo maximo de 25.40 m
(espaciamiento vertical de entre subniveles de 10 a 35 m) Las
condiciones de la roca definen cuanto perforacin se puede llevar
adelantada
Carguo de explosivo y voladura La voladura se realiza un sector
a la vez Se pre-cargan 2 a tres sectorees ANFO emulsiones ANFO,
emulsiones
Carguo Desde subniveles con LHD a un pique de traspaso o a
camiones Carguo se para cuando se alcanza la ley de cierre (llega a
desmonte)
Modelo Clsico de SLC Operaciones Unitarias
Perforacin de produccin Produccin Carguo de explosivos
Preparacin
El mineral es fragmentado por perforacin y voladura mientras el
techo de la explotacin y la pared colgante se fragmenta y hunde por
accin de los esfuerzos inducidos
Mtodo descendente que se trabaja por niveles
El estril rellena continuamente los espacios dejados por el
mineral fragmentado
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7Conceptos Bsicos
El material de sobre carga debe hundir en formaEl material de
sobre carga debe hundir en forma continua de modo de confinar el
mineral a volar
Una vez que el mineral es extrado este suele ser reemplazado por
material estril de sobre carga
Debido a que mineral y estril se encuentran en movimiento hacia
el punto de extraccin existe mezcla entre mineral y estril el cul
define la ley de produccin (dil i )(dilucin)
El diseo y la programacin de la produccin debe ser tal que
maximice la extraccin de mineral sin diluir
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9Diseo y Flujo El mtodo de explotacin se
basa en que el mineral est t t t i t t dconstantemente
interactuando
con el estril hundido Los sub niveles de produccin
se desarrollan transversal al cuerpo mineralizado
En cada sub nivel en la pared colgante se desarrollan chimeneas
de cara libre
En la pared pendiente se p psocavones de acceso que conectan a
piques los cuales concentran la actividad de transporte en un nivel
de transporte generalmente con trenes y camiones.
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Dilucin El punto de entrada de la
dilucin define la recuperacin de reservas y por lo tanto
Modelo de Dilucin Tradicional, Kvapil (1982)
de reservas y por lo tanto impacta el plan minero y el negocio
sustentado por este
Los diseos tradicionales de SLC se basaron en la teora de silos
reportando un porcentaje de entrada de la dilucin de 20-40 %
La dilucin acumulada de este La dilucin acumulada de este mtodo
es del orden de 30-50% con factores de ley de un 60%
Diseo
DISEO DE METODO DE EXPLOTACIN por DERRUMBE POR
SUB NIVELES (Sub level caving)
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Elipsoide de extraccin
Elipsoide de extraccin
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Elipsoide de Extraccin
Elipsoide de extraccin
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Elipsoide de esponjamiento o movimiento es el
Parmetros Geomtricos de los Elipsoides de Movimiento
elipsoide que marca el lmite entre roca in situ y quebrada
El elipsoide de extraccin es aquel que representa la extraccin
de material en un tiempo determinado
La relacin de alturas es de 1:2.5
La relacin de volmenes es de 1:15
Draw cone representation (Kvapil 1980)
Sub Level CavingFormacin del
Elipsoide
A mayor movilidad de partculas menor es la excentricidad del
elipsoide
Elipsoide
La excentricidad del elipsoide vara entre 0.92 y 0.96
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Elipsoide de extraccin
Diseo De acuerdo a las relaciones
geomtricas del elipsoide de extraccin existe una relacin entre
el alto de extraccin hn y el ancho 2bnel ancho 2bn
Esta relacin se encuentra dada por la excentricidad del
elipsoide
El espaciamiento entre galeras de produccin es el ancho de
extraccin (2bn)
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Ancho de Elipsoide de Extraccin y Diseo Minero
Se realiza el diseo para una altura de extraccin 2/3 de la
altura perforada de modo de asegurar la interaccin entre
columnas
La altura de extraccinLa altura de extraccin se calcula entre
pisos de niveles de produccin contiguos
Diseo
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ClculosEJEMPLO:
Se calcula las dimensiones de la abertura de los subniveles
(Mcanica de rocas)
Ancho del subnivel WD = 5 metros
Altura del subnivel hD = 3.5 metros
Forma del subnivel: Techo plano con radio 1/10 WD
El mineral volado tiene una ALTA DENSIDAD
Se estima la ALTURA TOTAL DE EXTRACCIN hT = 21 m
hD
AccesosClculos: ancho de la abertura de extraccin (a) = WD *
%
Utilizando el grfico
Para 1/10 WD = 70% n e
n
Para 1/10 WD 70%
a = WD * %
a = 5 * 0.7 = 3.5 m
a = 3.5 m
o ef
ectiv
o de
ext
racc
ifu
nci
n de
WD
en
%
Voladura Normal del
mineral
70%
Anch
o f
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AccesosClculos: Espaciamiento vertical entre SUBNIVELES: hs
hT = 21 m
h = hT hDh hT hD
h = 21 3.5
h = 17.5 m
h2/3 = 17.5 * 2/3
h2/3 = 11.6 m
Mitad de altura del subnivel hD/2
hD/2 = 3.5/2 = 1.75 m
hs = h2/3 hD/2 + hD
hs = 11.6 1.75 + 3.5
hs = 13 m
AccesosClculos: Espaciamiento horizontal entre SUBNIVELES: SD
Ancho muy aproximado W del elipsoide de la extraccin en mineral de
alta o baja densidad
f i d l lt den funcin de la altura de extraccin (hT) hT = 21
m
Del grafico W = 6.8 metros
WT = Ancho total de la elipsoide
WT = W + a 1.8WT = 6.8 + 3.5 1.8WT 6.8 3.5 1.8
WT = 8.5 metros
6.8
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AccesosClculos: Espaciamiento horizontal entre SUBNIVELES:
WL
WT = 8.5 metros
SD = WT/0.6 S hT 18 metros
S se ha considerado hT = 21 m
SD = WT/0.65 = 8.5/0.65
SD (WL) = 13 metros Para la buena extraccin delPara la buena
extraccin del mineral, es favorable cuando las zonas adyacentes se
intersecan. Por lo tanto el espaciamiento se reduce en 1 y se
convierte en
SD = 13-1 = 12 metros
AccesosClculos: Calculo del burden: b
WT = 8.5 metros
Un valor muy aproximado de laUn valor muy aproximado de la
profundidad de la elipsoide de extraccin (dT) en funcion de ancho
total total WT se puede calcular usando la siguiente frmula
emprica:
dT = WT/2dT 8 5/2 4 25 metrosdT = 8.5/2 = 4.25 metros
El burden: b = dT/2 b = 4.25/2 = 2.12
b = 2.2 metros
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Dilucin
P 80% d Para 80% de extraccin de mineral hay a lo ms un 43% de
dilucin y el mnimo es 18%
Para 60% de extraccin de mineral existe a lo ms 30% de dilucin y
un mnimo de 10%
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Comparacin en los Diseos Excavaciones pequeas y
ampliamente espaciadas que tienden a generar alta dilucin y
bajadilucin y baja recuperacin
Excavaciones anchas de baja altura que permita realizar un
carguo de la pila de mineral uniforme y un espaciamiento adecuado
para lograr interaccinS fi d d Se prefieren cruzados de produccin
transversales los cuales reportan mayor flexibilidad al tener una
mayor cantidad de puntos de extraccin y menores distancias de
acarreo
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Fundamentos de la Nueva Teora La manera de realizar la
extraccin
es uniforme entre calles de produccin de un mismo nivel
deproduccin de un mismo nivel de produccin, lo cual permite inducir
una zona de baja densidad la cual facilita el flujo uniforme de
material
El material estril se compacta debido al peso de la sobre carga
y la tronadura del mineral, por lo tanto la dilucin lateral es
significativamente menor a lo predicho por modelos de arenapredicho
por modelos de arena
Geometra de Elipsoide de Extraccin como Funcin de la
Extraccin
La extraccin uniforme de calles de produccin contiguas permite
que se erosionar con mayor energa la zona entre calles de
produccin, produciendo una gran zona de baja densidad la cul
facilita el descenso uniforme del material estril de los niveles
superioresp
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Diseo Los cruzados de produccin se deben espaciar de acuerdo al
grado de interacin deseado, utilizar reglas de flujo
El espaciamiento entre pniveles lo condiciona las capacidaded de
perforacin, hasta 30m
El dimetro de perforacin debe ser el mximo posible para evitar
desviaciones y asegurar un burden adecuado (115mm).
Define el burden de acuerdo a B=20D
La razn entre espaciamiento mximo y burden es 1.3 para lograr la
fragmentacin y la compactacin adecuada de la roca
Fragmentacin Variable en la Columna de Extraccin
La variabilidad de fragmentacin en la columna hace que seen la
columna hace que se produzcan colgaduras internas de mineral
Tiraje interactivo inducir a una mayor frecuencia y tiempo de
colgadura facilitando la entrada de la dilucin de las zonas que
presentan una alta densidad
Se debe controlar la extraccin Se debe controlar la extraccin
inicial de la columna de modo de generar suficiente roce entre
partculas de mayor tamao de modo de mitigar la probabilidad de
colgadura
El control de extraccin es fundamental
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Taladros Verticales vs inclinados Mejor induccin del flujo
al existir una componente horizontalcomponente horizontal
Se retrasa la entrada de la dilucin
Se facilita el acceso a cargar los anillos de voladura
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Fragmentacion- Sub level caving
Modelos empricos para la prediccin de fragmentacin en
tronadura
Modelo Kuz-Ram Cunningham (1982), 0.633
0.8 0.16750
115( )x A K QE
X= tamao medio o d50, cm
Q= masa de TNT (kg) equivalente de explosivo en un pozo
K = factor de carga (Q/Vo) (kg/m3)
E= potencia rompedora del explosivo (ANFO=100, TNT=115)
A = factor de dureza de la roca
7 media; 10 dura; 13 muy dura
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Prueba Escala Mina, Janelid 1972
Resultados de Resultados de marcadores instalados en la mina
Grngesberg Janelid (1972)
Extracciones de 400 t Extracciones de 400 t y 600t.
Diseos Actuales en Kiruna Lkab
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LKAB Kiruna Mine Experimento
908 marcadore fueron instalados en 24 anillos de perforacin de
los cuales 272 marcadores han sido recuperados
Densidad de mineral es de 4.2 t/m3y estril 2.6 t/m3
Comparacin Modelo Escala 1:20 versus Escala Mina Los elipsoides
en experimentos a escala tienden Los elipsoides en experimentos a
escala tienden
a ser de menor dimetro y ms alargados, mayor excentricidad que
los observados. Esto se refiere a que la forma de las partculas
fragmentadas en el experimento a escala poseen ngulos de friccin de
35 grados y en el p g g yexperimento a escala mina es de 45 a 55
grados dependiendo de la fragmentacin final
En el modelo la extraccin es ms uniforme en funcin de las
densidades reportadas
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Ejemplo Diseo SLC
Ancho del sub nivel: 5m Alto del sub nivel produccin: 4m
Densidad material volado: alta (3 7) excentricidad baja (0 9)
Densidad material volado: alta (3.7), excentricidad baja (0.9)
Techo galera de produccin: plano Ley del mineral: 5 g/ton Au
Geometra convencional, asegurando 80% de recuperacin
del mineral Simular las alturas de material volado, ht=30m y
ht=40 m Cuanto es el tonelaje por un abanico Cuanto es el tonelaje
por un abanico Cual es la obtencin de Au (gr) por cada abanico Cual
es la proporcin m preparados por tonelaje extrado
(utilice el rea de un rombo) Estime el diseo grfico
Por cada alumno
