Diseño de Caserones y Estabilidad Geomecánica
El diseño de caserones se realiza con la metodología de Mathews, quien incorpora una relación entre el número de estabilidad N y el tamaño de la excavación:
$$N = Q’ \cdot A \cdot B \cdot C$$
- A: Es el ajuste por esfuerzo inducido.
- K: Constante tectónica (Esfuerzo Horizontal / Esfuerzo Vertical).
- Razón de aspecto del caserón (eje X): Alto / Ancho.
- B: Es el ajuste por estructuras que interceptan la pared a estudiar.
- C: Es el ajuste por orientación de la excavación. $$C = 8 – 7 \cos(\text{dip})$$
Esta metodología se utiliza para estimar la estabilidad del techo del caserón y el tamaño de la pared colgante. El radio hidráulico es una medida clave del tamaño de la excavación.
Dilución en Operaciones Mineras Subterráneas
Variables que Afectan la Dilución en Métodos de Caserones
La dilución es un factor crítico en la rentabilidad. Las variables que la afectan incluyen:
- RMR de la pared colgante.
- El radio hidráulico de la pared colgante.
- La velocidad a la cual la pared colgante es expuesta.
- Configuración de caserones (aislados o continuos).
La Dilución se define como la relación entre el tonelaje de estéril y el tonelaje de mineral:
$$\text{Dilución} = \frac{\text{Tonelaje Estéril}}{\text{Tonelaje Mineral}}$$
Tipos de Dilución
Se distinguen dos tipos principales de dilución:
Dilución Planificada: Es aquella que se estima como porciones de la pared que colapsarán producto de la minería.
Dilución No Planificada: Es aquella que proviene de la operación de la mina. Es producto de sobreperforación, diseño pobre de la tronadura o simplemente una mala estimación de la dilución.
Para estimar la dilución se utilizan modelos numéricos no lineales.
Desarrollos y Operaciones en Sublevel Stoping (SLS)
Desarrollos en SLS
Los desarrollos necesarios para la operación incluyen:
Nivel de Producción: Incluye la galería de transporte, la estocada de carguío, y los embudos o zanjas. La zanja recolecta el mineral y es continua a lo largo de la base (galería de zanjas).
Subnivel de Perforación: Dispuestos en altura, se ubican con respecto al cuerpo mineralizado.
Chimeneas o Rampas de Acceso: Realizadas para acceder a los subniveles.
Chimenea Piloto: Sirve como cara libre para las tronaduras de producción.
Arranque (Tronadura)
Convencional: Tiros radiales desde subniveles, diámetro de 2 a 3 pulgadas, tiros de hasta 30 m.
Long Blast Hole (LBH): Subniveles más espaciados, tiros muy largos (hasta 80 m), espaciado entre subniveles de 45-55 m, diámetros de 4.5-6.5 pulgadas, utilizando tiros paralelos (DTH).
Perforación y Tronadura de Producción
Perforación de Producción
Factores que influyen en la perforación:
- Dureza de la roca.
- Tamaño requerido para el traspaso.
- Diámetro y largo de los tiros.
- Orientación y espaciamiento.
Estos factores contribuyen a la elección del equipo de perforación. La perforación puede ser en abanico o mediante tiros paralelos.
Parámetros típicos LBH:
- Diámetro: 170 mm.
- Distancia entre subniveles: 45 – 55 m.
- Espaciamiento y burden: 6 x 6 m.
Tronadura
Factores que influyen en el diseño de la tronadura:
- Fragmentación requerida.
- Diámetro de perforación.
- Espaciamiento y burden.
- Condición de los tiros (presencia de agua).
- Tamaño permitido de la tronadura (limitado por vibraciones).
- Dureza del mineral.
Se utilizan explosivos como ANFO, hidrogeles, emulsiones y ANFOS pesados, a granel o empaquetados.
Tronadura Secundaria: Se realiza mediante perforación y tronadura, a menudo utilizando carga cónica.
Servicios y Manejo de Materiales
Manejo de Materiales
Se utiliza equipo LHD (Load-Haul-Dump) para el carguío y transporte hacia estaciones de traspaso, para luego ser cargado en conos o camiones.
Ventilación
Se utilizan las galerías de acceso ubicadas al límite del caserón. El aire se inyecta por una galería y se extrae por otra. El subnivel de ventilación desvía el flujo hacia chimeneas o rampas.
Fortificación
La galería de producción se fortifica utilizando pernos, malla y shotcrete.
Métodos de Explotación Específicos y Comparaciones
Aplicación de VCR (Vertical Crater Retreat)
El método VCR presenta una sección transversal similar a LBH, pero opera sin cara libre. La tronadura se realiza contra cara, permitiendo varios puntos de extracción a la vez.
Aplicación de LongHole Open Stoping (LHOS)
El LHOS se utiliza en cuerpos de baja potencia (menor a 6 m) y la altura del caserón no supera los 25 m. También se utiliza en cuerpos de alta potencia y regulares.
- La perforación y tronadura se realizan por el nivel de producción.
- El carguío se realiza con equipo LHD telecomandado.
- Se utiliza perforación LBH de alto diámetro para alcanzar largos de perforación de hasta 80 m.
- La zanja se perfora en retroceso desde la galería de zanja.
- En un extremo del caserón se crea una chimenea cara libre para generar el corte inicial.
- El burden en este método varía en el rango de 1.5 a 3 m.
Diferencia entre SLC y BC (Sub Level Caving y Block Caving)
Ambos son métodos de hundimiento (caving), pero difieren en la escala y la competencia de la roca:
- SLC (Sub Level Caving): Hunde el mineral en bloques por subniveles. La roca debe ser suficientemente competente para mantener estables los bloques en el subnivel. La tronadura se realiza de abajo hacia arriba con el fin de que caiga el mineral por subniveles.
- BC (Block Caving): Hunde bloques enteros. Se aplica cuando la roca no es competente. La tronadura en BC se realiza para propagar la onda expansiva en el cuerpo mineralizado.
Características del Método Longwall
El método Longwall es un método de caving, aplicado típicamente en minas de carbón o de roca dura, caracterizado por ser una minería continua. Requiere roca de muy mala calidad.
Cálculo de Reservas Mineras con Dilución y Recuperación
A continuación, se presenta un ejemplo de cálculo de reservas mineras considerando la recuperación y la dilución:
Datos Iniciales:
- Cuerpo mineralizado: 1.4 Mt.
- Ley inicial: 1.3% Cu.
- Recuperación minera: 70%.
- Dilución: 5% (factor de dilución = 1.05).
Cálculo de Reservas:
1. Tonelaje Final (Reservas):
$$\text{Tonelaje} = 1.4 \text{ Mt} \cdot 0.7 \cdot 1.05 = 1.03 \text{ Mt}$$
2. Ley Final (Reservas):
$$\text{Ley} = \frac{1.4 \text{ Mt} \cdot 0.7 \cdot 1.3\% \text{ Cu}}{1.03 \text{ Mt}} = 1.24\% \text{ Cu}$$