introduccion diseno minero subterraneo
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Introduccin Diseo Minero Subterrneo
Mtodos de explotacin en Minera Subterrnea Los mtodos de explotacin subterrneos se pueden clasificar de acuerdo a la estabilidad del casern a explotar: Soportados por pilares Artificialmente soportados o rellenos Sin soporte o hundimiento: natural e inducido
Mtodos de Explotacin Subterrneos
Soportado Por Pilares
Artificialmente Soportado con Relleno
Sin soporte o Hundimiento
Room and Pilar
Sublevel and Longhole stoping
Longwall Mining
Sublevel Caving
Block Caving
Bench and Fill stoping
Cut and Fill Stoping
Shrinkage Stoping
VCR Stoping
Desplazamiento de la roca de caja Energa de deformacin almacenada en las proximidades de una excavacin
Room and Pilar 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 disear los pilares y los caserones para maximizar la recuperacin 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 dilucin menor a 5% Recuperacin baja menor a 75% Costo de produccin 10-20$-t
Post Room and Pilar Mining Variacin del mtodo 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-nivelesUna vez realizada la perforacin, tronadura, carguo y transporte del mineral se procede a rellenar el casern tpicamente con colas de relaves mezcladas con cemento. El relleno aumenta el confinamiento permitiendo disear con un menor factor de seguridad y por lo tanto maximizando la recuperacin.
Longhole and Sublevel Open StopingLonghole Open Stoping Sublevel Open Stoping
Longhole and Sublevel Open Stoping El cuerpo mineralizado es dividido en diferentes caserones separados por losas y muros La productividad del casern es proporcional a su tamao La estabilidad y dilucin de un casern es inversamente proporcional a su tamao Se utiliza open stoping en las siguientes condiciones: La inclinacin del cuerpo mineralizado excede el ngulo de reposo del mineral Roca de caja y mineral competente (2B) Cuerpo mineralizado de paredes regulares
El mtodo de longhole open stoping posee una mayor productividad pudiendo lograrse subniveles de perforacin en el intervalo 60-100m con martillos ITH de 140 -165mm de dimetro Longhole open stoping requiere una mayor regularidad que el sub level stoping Actualmente se prefiere operar con el equipo de carguo en la zanja de produccin las estocadas de carguo y puntos de extraccin. Esta variante se debe operar con equipo telecomandado Baja dilucin, menor a 8% Baja recuperacin menor a 75% Costo 12-25 $/t En algunos casos se deben rellenar los caserones luego de extrado el mineral
Vertical Crater Retreat con Relleno VCRVCR Casern Primario VCR Casern 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 tcnica de cargas controladas en que el largo de la carga explosiva es menor a 6 veces el dimetro de perforacin. Carga esfrica Este sistema de explotacin requiere la construccin de estocadas y puntos de extraccin La secuencia de construccin es la siguiente Nivel de transporte Arreglo de galerias de produccin Corte basal Nivel de perforacin Perforacin 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 Dilucin 10% Recuperacin menor a 80%
Bench and Fill Stoping Alternativo a VCR Utilizado en cuerpos de menor competencia mayor continuidad en la corridaAvocaDrilling EquipmentRetreatin g Blasted Ore
Truck backfills after most ore is mucked
Ore
Backfill
LHD Equipment
Floor can be of any type: Ore, backfill or sill (mat) pillar
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 tronada el resto se mantiene almacenado para mantener las paredes estables y proveer de piso al sistema de perforacin Infraestructura de produccin es requerida. Productividad menor a 4500 tpd Alta dilucin 30% Mediana recuperacin 85% Costoso y riesgoso
Cut and Fill Mining Cuerpos mineralizados con orientacin 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 caserones en explotacin se pueden separar por muros y losas de modo de aumentar la estabilidad del sistema minero Rellenos: hidrulicos colas de relave, material estril, ambos ms cemento, etc. Mtodo altamente selectivo, por lo tanto permite explotar cuerpos de baja regularidad y continuidad espacial Baja dilucin menor a 2% Alta recuperacin mayor a 90% Alto costo de produccin 40-150 $/t Baja productividad 200 a 4500 tpd
Overhand Cut and Fill Overhand cut and fill se realiza con perforacin horizontal por sobre el material de relleno Underhand cut and fill: El mineral se encuentra por debajo de la zona rellena. Tpicamente se utiliza relleno de cemento Este mtodo 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 frgil (4B-5A) La dilucin es baja menor al 2% La recuperacin es alta mayor a 90% El costo es alto 30-40 $/t Se utiliza en yacimiento de alta ley
Sublevel Caving Se utiliza en cuerpos mineralizados con orientacin 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 perforacin, tronadura, 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 4.000 a 20.000 tpd Costo 7-12 $/t Dilucin es alta hasta un 15% Recuperacin 75%
Block Caving Cuerpos masivos con una proyeccin en planta suficiente para inducir el hundimiento de la roca La roca mineralizada a hundir debe ser medianamente competente 3A-4A La roca estril de techo debe ser hundible La roca de caja puede ser competente como en el caso de pipas diamantiferas Se induce el hundimiento de la roca a travs del corte basal 4-12 m. El hundimiento se propaga en la medida que la roca es extrada del hundimiento utilizando la infraestructura de produccin Productividad 12000 a 48000 tpd Dilucin 20% Recuperacin 75% Costo 2.1-5$/t
Transicin Rajo-Subterrnea
>300 m typically
Haulage tunnelSource: SRK International Newsletter No. 28 ( with modification)
Source: SRK International Newsletter No. 28 ( with modification)
Seleccin de mtodos
Seleccin de metodos de explotacin Caracteristicas fsicas y geologicas del yacimiento Caracteristicas geomecanicas del deposito Costos operacionales y de capital Ritmo de extraccin Disponibilidad y costo de la mano de obra Consideraciones ambientales
Mtodo cuantitativo de seleccin de metodos de explotacinGEOMETRIA DEL YACIMIENTO
CONDICIN GEOMECNICA
FACTIBILIDAD TECNICA (LISTADO DE METODOS FACTIBLES)
COSTOS DE OPERACIN
FACTIBILIDAD ECONOMICA
Referencia: NICHOLAS (1981)
Geometra del yacimiento1. Descripcin de la geometra del yacimiento
1. Yacimiento Equidimensional o masivo: dimensiones similares en todas las direcciones2. Yacimiento tabular o elongado: dos direcciones son predominantes 3. Yacimiento Irregular: dimensiones del yacimiento varian en distancias cortas 2. Descripcin de la potencia del yacimiento 1. Baja potencia: 2. Potencia Intermedia: 3. Potente: 4. Muy potente: 0- 10 m 10-30 m 30-100 m > 100 m
Geometra del yacimiento3. Descripcin de la inclinacin del yacimiento
1. Horizontal:2. Intermedio: 3. Vertical
0- 2020-55 > 55
4. Descripcin de la profundidad del yacimiento
Esfuerzo vertical
v 0,027 z
Z = profundidad (m)
Geometra del yacimiento5. Descripcin de la distribucin de leyes en el yacimiento Uniforme Gradual Errtica : leyes diseminadas en el yacimiento : existen distintas leyes que gradualmente cambian en el espacio : existen bolsones de ley sin un claro patrn
Caractersticas geotecnicas del yacimientoSe caracteriza el mineral, pared colgante y pared yacente
Resistencia de la Roca Intacta Poco competente Competencia intermedia: Competencia alta UCS/v 16 ff/m ff/m: 10-16 ff/m
Poco fracturadoMuy poco fracturado
ff/m: 3 10 ff/m ff/m: < 3 ff/m
Caractersticas geotecnicas del yacimientoCondicin de las estructuras Poco Competente: estructuras sin relleno o con relleno con una resistencia menor a la roca intacta Competente: estructuras sin relleno con superficie rugosa Muy Competente: estructuras con relleno de mayor resistencia que la roca intacta
Mtodo cuantitativo seleccinA: Tipo de Yacimiento
1. Yacimiento Metodo explotacin Rajo Abierto Block Caving Sublevel Stoping Sublevel Caving Longwall mining Room and Pillar Shrinkage Stoping Cut and Fill Stoping Top Slicing Square Set
Forma general yacimiento Masiva Tabular/platy Irregular 3 2 3 4 2 0 2 2 1 3 4 1 -49 4 -49 0 4 2 2 2 1 0 4 2 3 3 0 0 2 4
Baja 2 -49 1 -49 4 4 1 4 -49 4
Potencia del yacimiento Intermedia Alta Muy alta 3 4 4 0 2 4 2 4 3 0 4 3 0 -49 -49 2 -49 -49 1 2 4 4 0 0 0 3 4 4 4 1
Mtodo cuantitativo seleccinA: Tipo de Yacimiento
1. Yacimiento Orientacin Metodo explotacin Horizontal Intermedia Rajo Abierto 3 3 Block Caving 3 2 Sublevel Stoping 2 1 Sublevel Caving 1 1 Longwall mining 4 0 Room and Pillar 4 1 Shrinkage Stoping 2 1 Cut and Fill Stoping 0 3 Top Slicing 4 1 Square Set 2 3
Vertical 4 4 4 4 -49 0 4 4 2 3
Distribucin de las leyes Uniforme Gradacional Errtico 3 3 3 4 2 0 3 3 1 4 2 0 4 2 0 3 3 3 3 2 1 3 3 3 4 2 0 3 3 3
Rating(Yacimiento) = Forma + Potencia + Orientacin + Distribucin
Mtodo cuantitativo seleccinB: Condiciones geotecnicas del mineral
Condiciones mineral Metodo explotacin Rajo Abierto Block Caving Sublevel Stoping Sublevel Caving Longwall mining Room and Pillar Shrinkage Stoping Cut and Fill Stoping Top Slicing Square Set
Competencia Roca Intacta Baja Mediana Alta 3 4 4 4 1 1 -49 3 4 0 3 3 4 1 0 0 3 4 1 3 4 3 2 2 2 3 3 4 1 1
Mtodo cuantitativo seleccinB: Condiciones geotecnicas del mineral (estructuras)Condiciones mineral Metodo explotacin Rajo Abierto Block Caving Sublevel Stoping Sublevel Caving Longwall mining Room and Pillar Shrinkage Stoping Cut and Fill Stoping Top Slicing Square SetEspaciamiento Fracturas muy cercanas poco espac. Espaciadas muy espaciadas Baja Resistencia estructuras Mediana Alta
2 4 0 0 4 0 0 3 1 4
3 4 0 2 4 1 1 3 1 4
4 3 1 4 0 2 3 2 2 2
4 0 4 4 0 4 4 2 4 1
2 4 0 0 4 0 0 3 1 4
3 3 2 2 3 2 2 3 2 3
4 0 4 2 0 4 4 2 4 2
C: Condiciones geotecnicas de la pared colgante
Pared ColganteMetodo explotacin Rajo Abierto Block Caving Sublevel Stoping Sublevel Caving Longwall mining Room and Pillar Shrinkage Stoping Cut and Fill Stoping Top Slicing Square Set
Competencia Roca Intacta B M A MC
Espaciamiento Fracturas PE E ME
Resistencia estructuras B M A
3 4 -49 3 4 0 4 3 4 3
4 2 3 2 2 3 2 2 2 2
4 1 4 1 0 4 1 2 1 2
2 3 -49 3 4 0 4 3 3 3
3 4 0 4 4 1 4 3 3 3
4 3 1 3 3 2 3 2 3 2
4 0 4 1 0 4 0 2 0 2
2 4 0 4 4 0 4 4 4 4
3 2 2 2 2 2 2 3 2 3
4 0 4 0 0 4 0 2 0 2
D: Condiciones geotecnicas de la pared colgante
Pared PendienteMetodo explotacin Rajo Abierto Block Caving Sublevel Stoping Sublevel Caving Longwall mining Room and Pillar Shrinkage Stoping Cut and Fill Stoping Top Slicing Square Set
Competencia Roca Intacta B M A MC
Espaciamiento Fracturas PE E ME
Resistencia estructuras B M A
3 2 0 0 2 0 2 4 2 4
4 3 2 2 3 2 3 2 3 2
4 3 4 4 3 4 3 2 3 2
2 1 0 0 1 0 2 4 1 4
3 3 0 1 2 1 3 4 3 4
4 3 2 3 4 3 3 2 3 2
4 3 4 4 3 3 2 2 3 2
2 1 0 0 1 0 2 4 1 4
3 3 1 2 3 3 2 4 2 4
4 3 4 4 3 3 3 2 3 2
Rating metodosFactores de peso Geometria yacimiento Condiciones geomecanicas mineral Condiciones geomecnicas pared colgante Condiciones geomecnicas pared yacenteRanking= A*k1 + B*k2 + C*k3 + D*k4
1 0,75 0,6 0,38
Costos relativosMetodoBlock Caving Room and Pillar Sublevel Stoping Sub Level Caving VCR
Costo relativo1,0 1,2 1,3 1,5 4,3
Cut and Fill mecanizadoShrinkage Stoping Cut and Fill convencional
4,56,7 9,7
Ejercicio prctico Suponga que ud tiene un yacimiento de Cu a ser explotado con las siguientes caractersticas: Yacimiento: Tabular Ancho: 100 m Manteo: 15 Mineralizacin: diseminada
Caracteristicas geotecnicas mineral UCS = 83 MPa RQD= 65% Espaciamiento: 10 ff/m Condicin estructuras: cerradas con superficie rugosa
Caracteristicas geotecnicas pared colgante (hanging wall) UCS = 110 MPa RQD= 65% Espaciamiento: 4 ff/m Condicin estructuras: cerradas con superficie rugosa
Caracteristicas geotecnicas pared yacente (foot wall) UCS = 48 MPa RQD= 40% Espaciamiento:1 4 ff/m Condicin estructuras: fracturas con relleno arcilloso
Determine los metodos de explotacin con mayor significancia
Discusin y trabajo en grupos Qu otros factores debiesen ser adicionados a la metodologa propuesta por Nicholas? Geometria (1,0) Geotecnia mineral (0,75) Geotecnia roca techo (0,6) Geotecnia roca piso (0,38) Costos operacin (0,75) Productividad (1,0) Produccin Profundidad Recuperacin Capital trabajo Calificacin mano de obra Dilucin Topografia Restricciones ambientales Costos desarrollos Tiempo retorno Impacto comunidades
Cmo ud ponderara los factores antes considerados?
Definiciones econmicas
Inventario de recursos geologicosCURVA TONELAJE LEY - RECURSOS TOTALES18000 16000 2.50 14000Ley Media (%)
3.00
Tonelaje (Kt)
12000 10000
2.00
1.50 8000 6000 4000 0.50 2000 00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0
1.00
0.00
TON SOBRE LC
LM SOBRE LC
Ley de Corte
Ley de corteLa ley de corte marginal es aquella ley a la cual se obtiene un beneficio cero, el cual que se deben extraer todas aquellos unidades de explotacin que al menos pueden pagar los costos de operacin por su contenido de mineral.
Lc
Cm Cp ( P Cr ) R * k
Donde: Cm Cp P Cr R K
es el costo de operacin mina (US$/ton) es el costo de operacin planta (US$/ton) es el precio de venta de Cu (cUS$/lb Cu) es el costo de transporte de concentrado, refinacin, fusin y ventas (cUS$/lb Cu) es la recuperacin metalrgica (%) factor de conversin
Ley de corte ptimaLa ley de corte ptima es aquella que optimiza el proyecto considerando el valor actualizado del negocio (VAN), y por ello requiere de una tasa de descuento asociada y un ritmo de explotacin de las reservas. Esta ley se calcula considerando: El total de los recursos geolgicos del yacimiento (Curva Ton-ley) Costos de Operacin, Precios de venta y Recuperaciones metalrgicas Estimacin de dilucin potencial del mtodo de explotacin Ritmo de explotacin Tasa de descuento Inversiones
Metodologia- Calculo Ley de corte optima1. Estimar recursos a distintas leyes de corte2. Diluir recursos 3. Determinar ingresos 4. Determinar Beneficio marginal 5. Determinar aos de vida util 6. Determinar el valor del proyecto asumiendo flujos anuales
7. Comparar con situacin despues de evaluar el proyecto
Ley de corte optimaInventario finos totales y diluidos LC LM sobre LC TON sobre LC 0.00 1.27 16,042,199 0.40 1.27 16,041,767 0.50 1.27 16,007,423 0.60 1.30 15,509,219 0.70 1.33 14,614,007 0.80 1.39 13,242,407 0.90 1.46 11,923,727 1.00 1.51 10,770,287 1.10 1.60 9,045,036 1.20 1.68 7,579,463 1.30 1.76 6,402,614 1.40 1.86 5,205,673 1.50 1.95 4,301,279 1.60 2.04 3,494,946 1.70 2.15 2,718,643 1.80 2.25 2,160,085 1.90 2.37 1,691,399 2.00 2.46 1,388,260
DILUCION PRECIO Cmina Cplanta CF&R Recuperacin Metall. Revenue Factor TASA INVERSION MINA
5% 102 6.20 7.55 25.41 88% 1485 11%
CUS$/lb US$/t US$/t CUS$/lb US$/t 10.000.000
Ejemplo60 55 50 45VAN (600 KTPA) VAN (1000 KTPA) VAN (200 KTPA)
VAN (MUS$)
40 35 30 25 20 15 100.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1
Ley de corte (%)
Ritmo explotacin
4,88Tr0,75 T Dyr
T =son toneladas cortas (2000 lbs) Tr = Estimacin de reservas aseguradas (probadas y medidas) Dyr= numero de das de la operacin a capacidad plena