Date post: | 03-Jan-2016 |
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CAMPO DE APLICACIÓN
• Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos y de bajas leyes.
• Usualmente, la producción está en un rango de 10.000 ton a 100.000 ton por día.
• Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción y cualquiera que sean las características de la roca encajadora.
CAMPO DE APLICACIÓN1.- Geometría
Forma: Tabular - Masivo
Potencia: Grande
Buzamiento > 70º
Tamaño: Grande
Regularidad: media - alta
2.- Geotecnia
Resistencia (Techo) < 50 MPa
Resistencia (Mena) < 50 MPa
Fracturación (Techo): Alta
Fracturación (Mena): Alta
Campo Tensional In-situ: Prof < 1000m
Comportamiento: Elástico
PREPARACIÓN
• La preparación básica del método se hace considerando la división del área en bloques cuadrados o rectangulares cuya dimensión mínima se relaciona con la hundibilidad de la roca y la máxima se diseña en función de parámetros operacionales y económicos. En este tipo de diseño deberán crearse barreras o pilares entre bloques hundidos para minimizar la dilución.
• Una vez dividido el yacimiento en bloques, el resto de la preparación depende del sistema que se utilice para la explotación. Al respecto existen tres sistemas básicos bien definidos:
– Con flujo gravitacional puro (Parrillas)– Con flujo gravitacional y sistema slusher– Con equipos LHD
PRODUCCIÓN• Antes de iniciar la producción, se deben ejecutar las
tronaduras de hundimiento y creación de zanjas.
TIPOS DE PC
• Hundimiento Tradicional (zanja adelantada)• Hundimiento Avanzado• Hundimiento Previo (en zonas donde aún no
hay calles de producción)• Hundimiento con Forzamiento
Hundibilidad
• El problema es usualmente definir el área mínima de hundimiento, es decir, predecir la geometría del hundimiento representada como radio hidráulico, que se requiere para iniciar el proceso de caving del macizo rocoso dado un conjunto estimado de propiedades geotécnicas.
• Depende de:– Orientación de las estructuras, espaciamiento y persistencia.– Estructuras mayores (ejemplo: fallas, diques)– Esfuerzos in-situ y los esfuerzos inducidos por la excavación.– Resistencia de discontinuidades y macizo rocoso.– Geometría del hundimiento.– Desconfinamiento, slot, o acondicionamiento del macizo rocoso.
Diseño de Infraestructura
• La infraestructura interior mina depende del Sistema de Explotación y del tamaño de las Unidades de Explotación.
• Las dimensiones de las labores que conforman la infraestructura interior mina depende de:
– Calidad del macizo rocoso– Los equipos utilizados– La capacidad requerida del sistema– El grado de sostenimiento
Diseño de Infraestructura• Las principales labores mineras, ya sean permanentes o
temporales, son:
– Galerías– Cruzados– Piques de traspaso– Embudos, zanjas o bateas– Silos– Estaciones de chancado– Chimeneas de ventilación– Áreas de múltiples usos (oficinas, talleres, comedores, etc)– Chimeneas de cara libre– Rampas– Piques de acceso
Diseño de Infraestructura
• Para el diseño de labores subterráneas deben utilizarse varios métodos, tanto empíricos como numéricos.
• Para elegir un criterio, el ingeniero debe establecer previamente el modo de falla.
• Cuando se trata de fallamientos controlados por estructuras, los métodos empíricos son bastante adecuados.
• Cuando se trata de fallamiento por esfuerzos, los métodos numéricos son más adecuados (elementos finitos, entre otros).
Diseño de Infraestructura
En el caso de vetas, las labores se orientan según la orientación de las unidades de explotación. En el caso de yacimientos masivos o mantos, las labores se orientan según el máximo esfuerzo y la orientación de Discontinuidades principales.
Diseño de Infraestructura
Uno de los mejores métodos para realizar esta tarea es el de Barton and Grimstad.
El sistema Q clasifica el macizo rocoso y propone el sostenimiento más adecuado.
Diseño en Panel Caving
• El diseño de la infraestructura principal para este método, considera los siguientes pasos:– Determinación del diámetro del elipsoide de extracción.
– Selección de la configuración de elipsoides– Diseño de Malla de Extracción (calles, cruzados y zanjas en
planta)
– Diseño de los niveles de producción y hundimiento en perfil vertical.
NextDrawbell
34 m
18 m
4 m
17 mMajorApex
45o
Diámetro Elipsoide de Extracción
• Para determinar este diámetro se pueden seguir los siguientes pasos:
– Definir la calidad del macizo rocoso
– Establecer la granulometría promedio producto del hundimiento
– Determinar el mínimo y máximo espaciamiento entre puntos de extracción
– Determinar altura de interacción
– Determinar diámetro del elipsoide de extracción teórico y real.
Diámetro Elipsoide de Extracción
• Se define la calidad del macizo rocoso de acuerdo al modelo de Laubscher (MRMR)
Clasificación MRMR
Calidad del Macizo Clase MRMRMuy mala 5 0 - 2Mala 4 21 - 40Regular 3 41 - 60Buena 2 61 - 80Muy Buena 1 81 - 100
Diámetro Elipsoide de Extracción
Si dos o más elipsoides se sobreponen (sus ejes verticales se encuentran a una distancia menor que sus diámetros), se formará una única zona de mayor diámetro que el de los respectivos puntos de extracción
Tiraje Múltiple (Interactivo)
Diámetro Elipsoide de Extracción
Zona Interacción
Una vez que el material alcanza la zona de interacción, parte de este aparece en el apex menor, tras extraer no más de un 20% de la altura de esa zona
• Cuando el tiraje es simultáneo y el espaciamiento entre puntos no supera los 1,5 veces el diámetro de los elipsoides, puede extraerse todo el material.
• El material extraído por un punto puede provenir de elipsoides contiguos.
• La altura de la zona de interacción depende del espaciamiento entre puntos y de la calidad de la roca
Diámetro Elipsoide de Extracción
A lo largo de una zanja, los elipsoides se interceptan a una altura h (zona de interacción).
Diámetro Elipsoide de Extracción
This drawing shows the development of interaction between drawpoints as thedrawpoints are drawn:
• A single drawpoint with it’s isolated drawzone.• Two isolated drawzones in the drawbell interact to form a large drawzone.• The drawbell drawzones interact across the minor apex forming a larger
interactive drawzone.• The large drawbell interactive zones interact across the major apex.
By drawing lines of drawpoints along adjacent drawbells good interaction acrossthe major apex is achieved.
INTERACTION OF DRAWBELLS
Laubscher (2000)
Diámetro Elipsoide de Extracción
Relación entre la clasificación de Laubscher, la frecuencia de fracturas, la granulometría promedio, la forma del elipsoide y la movilidad de las partículas.
Diámetro Elipsoide de Extracción
Algunas conclusiones
• La principal variable que controla la geometría de las zonas de desprendimiento y extracción es el volumen extraído.
• La altura del elipsoide de desprendimiento crece rápidamente al inicio de la extracción, para luego decrecer a una tendencia casi lineal.
• La granulometría influye en la geometría de los elipsoides.• El tamaño del punto de extracción influye en la geometría del elipsoide de
extracción (variación de la excentricidad)• La distancia entre puntos de extracción no debe superar los 1,5 veces el
diámetro del elipsoide.• La velocidad del flujo depende de la razón entre el tamaño del punto de
extracción y el tamaño de las partículas, del ritmo de extracción y de la posición en la cual se encuentre la partícula respecto del punto de extracción.
• No se producen colgaduras cuando la razón entre el tamaño del punto de extracción y el tamaño máximo de partícula es igual o superior a 4.
Diámetro Elipsoide de Extracción• Determinar granulometría promedio o porcentaje de tipos
granulométricos.
Comparison of primary fragmentation from different deposits around the world
0
20
40
60
80
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000Block Volume (m3)
Cu
mu
lati
ve V
olu
me
Per
cen
t L
ess
Th
an
GRSBC
Kucing Liar
DOZ Fos-Mag
DOZ Diorite
Palabora Less Fractured
Palabora Well Fragmented
Bingham Coarse
Bingham Fine
Argyle
MLZ Overall
Diámetro Elipsoide de Extracción• El siguiente ábaco entrega los espaciamientos (S) teóricos
máximo y mínimo entre los puntos de extracción.
Diámetro Elipsoide de Extracción• Determinación de Altura de Interacción para materiales preferentemente finos a medios.
Laubscher
MAXIMUM
Diámetro Elipsoide de Extracción• Ancho teórico del elipsoide de extracción
Altura de Interacción
Kvapil
Diámetro Elipsoide de Extracción• Ancho del Punto de extracción
Tipo I: % material gruesoTipo II: % material intermedioTipo III: % material fino (grava)Tipo IV: % material muy fino (arcilla)
( ) kDa 25>=
D= tamaño medio de partícula de material grueso
K= factor de flujo (Kvapil)
Diámetro Elipsoide de Extracción• Diámetro real del elipsoide de extracción
W’: ancho teórico del elipsoide de extraccióna: ancho del punto de extracción
Kvapil, 1992
8,1' −+≈ aWWT
Diámetro Elipsoide de ExtracciónEjemploExiste un yacimiento con 3 tipos de masas rocosas claramente definidas y cuyas clasificaciones son:
• Tipo de roca A: RMRLaubscher= 23 Rango: 21 – 40 Clase: 4• Tipo de roca B: RMRLaubscher= 35 Rango: 21 – 40 Clase: 4• Tipo de roca C: RMRLaubscher= 48 Rango: 41 – 60 Clase: 3
Tamaño promedio de partícula es 1,2 m
Granulometría del material:
• Tamaño Grande: 40% (Roca angulosa)• Tamaño Medio: 35%• Tamaño Fino: 23%• Tamaño Muy Fino: 2%
Determinar el radio real del elipsoide de extracción
Diámetro Elipsoide de Extracción
• Solución– Clasificación mayor de roca es 3; ancho de carguío es 4 S=20m y s=11m– RMRmax= 48; Rango Rating: 48 – 23 = 25; S = 20 HIZ = 48 m– HIZ = 48; zona media curva kvapil; W’ = 21m– Por granulometría de material k = 0,9– D = 1,2 m; k = 0,9 = 5,7m
Se tienen dos anchos de extracción: a = 4m y a = 5,7m. Esta metodología no fue creada para gran porcentaje de material grande (sobre 0,8 m de diámetro promedio de partícula). Por lo tanto, acomodaremos el sistema para trabajar con un rango de ancho de elipsoide.
– Ancho real de elipsoide:
– Rango WT = (23,2 m ; 24,9 m)
– Radio de elipsoide: R = (11,6 m ; 12,45 m)
( ) kDa 25>=
8,1' −+≈ aWWT
Configuración de Elipsoides
• Es el arreglo espacial en que se ubicarán los elipsoides, definiendo la Malla de Extracción.
• La disposición de elipsoides puede generar distintos tipos de arreglos de elipsoides:
– Elipsoides separados
– Elipsoides tangentes
– Elipsoides traslapados
– Malla Cuadrada
– Malla Triangular
– Malla MixtaÁrea Intacta
Configuración de Elipsoides• Para evaluar las configuraciones se utilizan los
siguientes parámetros:
– Densidad (Ah): área de influencia promedio de los elipsoides– Angulo entre ejes (α): ángulo entre ejes de filas y columnas– Área de diseño (Ad): área de los elipsoides de extracción
menos la mitad del área traslapada.– Sustentación (%S): porcentaje del área de diseño de los
elipsoides (Ad) sobre el área que abarca la malla (Densidad).– Anisotropía (An): relación entre el máximo y mínimo radio de
influencia de un punto de extracción.– Distorsión (Dt): relación entre la máxima y mínima distancia
entre puntos de extracción contiguos.– Holgura (H): longitud disponible de la estocada dividida por el
largo del equipo de carguío.
Configuración de Elipsoides• Ejemplo
Determinar los parámetros de comparación para una Configuración Triangular Traslapada Total (0% de área intacta), cuyo elipsoide de extracción tiene un diámetro de 24 m.
Solución:df
dc
df = 2 * R * cos(β) = 2 * 12 * cos(30) = 20,78mdc = (df/2) / tan(β) = (20,78/2) / tan(30) = 18 m
Radio (R)
Angulo (β)
Densidad = df * dc = 20,78 * 18 = 374,12 m2
Ángulo entre ejes = 60º
Configuración de Elipsoides
Área de diseño = 6 * [R * cos(360/12)] * [R * sen(360/12)] = 6 * 10,39 * 6 = 374,12 m2
Sustentación = 100%
Anisotropía = R / [R * cos(360/12)] = 12 / [12 * cos(360/12)] = 1,15
Distorsión = WT / WT = 24 / 24 = 1
Diseño de Mallas de Extracción
• La malla de extracción es la disposición espacial de labores en el nivel de producción.
• Los tipos de mallas existentes son:– Malla Cuadrada– Malla Henderson– Malla Teniente
Diseño de Mallas de Extracción
• El dimensionamiento de la malla de extracción considera:– La sección de galerías de producción– Largo y sección de galería de zanja– Largo y ancho de Batea (Zanja)
Diseño de Mallas de Extracción• Largo y sección de galería de zanja
)º60(*
seno
AcFLLL taludeqz −+=
F: factor de interferencia de tráfico; 1 para equipo atravesado completamente en la calle; 0 para equipo completamente metido en la zanja. Este factor también afecta la distancia entre calles.
Diseño de Mallas de Extracción
• Diseño de Bateas
C. Zanja C. Zanja
Dc//z
Dcv
Hv
Av
Hcp
Ht
α
β
Ac
Hc
UCL
Dnn
Hgz NP
Dpe
ap
Acp
BB
Crown Pillar
BateaBatea
PERFIL BATEA – A A’
Av: Ancho de visera Ht: Altura del talud de la Batea ap: Ancho del apex superior del Crown PillarHv: Altura de visera Dc//z: Distancia entre calles, paralela a la zanja Dpe: Distancia entre puntos de extracciónHgz: Altura gal. zanja Dcv: Distancia entre calle y visera BB: Ancho basal de la batea
Diseño de Mallas de Extracción•
Diseño de Bateas
Dbb
Batea
Pilar Zanja Pilar Zanja
Dnn
Agz
Hgz
Dz┴zC. Zanja
UCL
NP
ω
PERFIL BATEA – B B’
Dbb: Ancho apex mínimo Dz ┴ z: Distancia entre zanjas, perpendicular a la zanja Dnn: Altura entre niveles
Diseño de Mallas de Extracción• Parámetros y cálculos para el diseño
C. Zanja
Dc//z
Dcv
Hv
Av
Hcp
Ht
α
β
Hgz
Dpe
ap
Acp
BB
Crown Pillar
Batea
Dc//z: según distancia entre elipsoides de extracción y longitud de galerías de zanjas.
Av: 1m (Hund. Convencional) y 0,5m (otros)
Hv: 8 a 11,5m (Hund. Conv) y 4 a 5,5m (otros)
ap: ancho galería UCL (3,5 a 4m)
α: ±82º (Hund. Conv) y ±90º (otros)
β: ±40º (Hund. Conv) y ±50º (otros)
DcvAcp
HcpHgzDnn
HtHvHcp
tg
HvapDcvtgHt
*2
)(2*)(
=
+=
+=
−−=
αβ
Diseño de Mallas de Extracción
• Parámetros y cálculos para el diseño
Dbb: 0 a 1,35 (depende de la malla)
ω: 60º a 65º (Hund. Conv) y 70º a 71º (otros) (depende de la malla y de Dbb)
Dbb y ω dependen del diseño del abanico para la construcción de la batea.
Dbb
Batea
Pilar Zanja Pilar Zanja
Dnn
Agz
Hgz
Dz┴zC. Zanja
UCL
NP
ω
PERFIL BATEA – B B’
)º60(*// senocDzzDz =⊥
Diseño Nivel Hundimiento• Las galerías para el hundimiento convencional se ubican
sobre el crown pillar, y su diseño depende principalmente del equipo de perforación.
C. Zanja C. Zanja
Hv
Av
α
β
Ac
Hc
UCL
Dnn
Hgz NP
Crown Pillar
BateaBatea
PERFIL BATEA – A A’
Calles
Tarea: Diseño PC
Considerando los siguientes antecedentes:
– Explotación por Panel Caving con hundimiento previo– Equipo LHD de 10yd3, 11,3m de largo, 2,3m de alto y 2,65m ancho– Equipo DL410 con perforación hasta 54m. Ancho: 2,24 m y alto: 2,7 m– Peso unitario del macizo rocoso: 2,7 ton/m3
– RQD = 65– Esfuerzo de Carga Puntual: 7 MPa– Espaciado de juntas: 1.2m– Discontinuidades ligeramente rugosas, sin relleno y paredes suavemente meteorizadas– La roca está húmeda con agua intersticial (baja humedad)– Tamaño promedio de partícula: 0,8 m– Se utilizará configuración triangular traslapada total– Factor de seguridad para Crown Pillar: 1.7– Granulometría del Mineral: 40% grande (roca angulosa); 30% Medio; 28% fino; 2% Muy
Fino.– Angulo de reposo del material: 50º
Determinar el radio del elipsoide de extracción y luego diseñar los niveles de producción y hundimiento. Considere que el RMR obtenido de los antecedentes es promedio. Sin embargo, se han encontrado un RMR máximo de 55 y un RMR mínimo de 20.