PROYECTO FINAL

DISEÑO MINA SUBTERRÁNEA

INTEGRANTES:

ALEJANDRO BERNAL MONTIEL

DIANA ARROYO ALVIS

HANS PALENCIA PRETELT

SEBASTIAN MAZO PADIERNA

SEBASTIAN GARCIA ESTRELLA

YEFRI CORDOBA FRANCO

PROFESOR:

ING. RUBEN DIRRUGEIRO

SIMULACIÓN MINERO METALÚRGICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE MINAS-SEDE MEDELLÍN

NOVIEMBRE 13/11/2015

Tabla de contenido 1. Introducción. ............................................................................................................................... 2

2. Objetivos. .................................................................................................................................... 2

3. Geología. ..................................................................................................................................... 3

4. Modelación topografica. ............................................................................................................. 6

5. Selección del método de explotación. ........................................................................................ 7

6. Parámetros de diseño. ................................................................................................................ 7

7. Cálculos de volúmenes. ............................................................................................................. 18

1. Introducción.

El planeamiento minero es un proceso en el cual se diseña y calcula el mejor método para explotar

un mineral con el fin de suministrar la base técnica, comercial y económica, este tiene como fin

buscar el aprovechamiento racional del yacimiento permitiendo la máxima recuperación de

reservas al mínimo costo teniendo en cuenta que el proyecto sea ambiental, económica y

socialmente viable.

Dentro de los parámetros que tiene el planeamiento minero se encuentra la modelación y

dimensionamiento del proyecto, teniendo en cuenta la topografía y el modelo geológico. Se

entiende que para modelar y dimensionar una mina se debe tener en cuenta las características

geológicas y geomecanicas del cuerpo mineral, de la roca caja y de la zona en la que se está

realizando la explotación, teniendo dicha información se procede a escoger el método explotación

más adecuado para extraer el mineral.

El siguiente trabajo busca diseñar y modelar una mina a partir de un modelo goelogico de un pórfido

cuprífero y una topografía dada, abarcando un estudio de la geología y comportamiento del pórfido,

una elección de un método de explotación viable y el dimensionamiento y diseño de las vías y

secciones de desarrollo como Pozos verticales, rampas, niveles, subniveles, cruceros, paso para

Mineral y Sumidero.

2. Objetivos.

2.1. Objetivo general

Diseñar, dimensionar y modelar el desarrollo para una explotación minera de un

pórfido cuprífero teniendo en cuenta las características geológicas de la zona y la

topografía.

2.2. Objetivos específicos

Modelar de manera adecuada el desarrollo de la mina

Seleccionar el mejor método de explotación acorde a la información obtenida para

diseñar y dimensionar el desarrollo.

Aplicar conocimientos adquiridos en la materia para calcular volúmenes y modelar

las guias, cruzadas, inclinados, etc.

3. Geología.

Los pórfidos cupríferos son yacimientos de gran tonelaje y baja ley cuyo origen es básicamente

la intrusión de un cuerpo intrusivo en la corteza terrestre en condiciones de gran temperatura,

se pueden subdividir en distintos tipos considerando su contenido metálico como son Cu-Mo,

Cu-Au, Cu, Au y Mo. Tanto los cuerpos intrusivos como la roca caja usualmente muestran un

fuerte fracturamiento, la razón por la cual la mineralización se encuentra distribuida en toda la

roca, en forma diseminada y en estructuras como veras, fracturas y fallas [1]. La principal

condición para que ocurra todo esto es que la roca que se intruye sea rígida o frágil desde el

punto de vista estructural.

La fuente principal de cobre alrededor del mundo son los pórfidos cupríferos contribuyendo con

mas de la mitad del cobre del mundo, son una fuente importante de oro y son la mas importante

fuente de renio y molibdeno [1], además se recupera otros metales como plata, tungsteno,

estaño, plomo y zinc

La mineralización en la mayoría de los casos presenta un nucleo de baja ley que contiene pirita

diseminada que grada hacia afuera, en la zona de mena se encuentran vetaillas y diseminación

de pirita, calcopirita y molibdenita. Con frecuencia se encuentra el desarrollo de una zona de

pirita externa que pasa hacia afuera de la roca no mineralizada, también usualmente en el sector

mas interno se presenta una mayor proporción de sulfiros ricos en cobre como bronita gradando

hacia afuera en una mayor proporción de calcopirita y finalmente en el sector externo solo

sulfuros de hierro como la pirita[1]. Las características de los pórfidos se pueden observar en la

tabla 1.

Tabla 1. Características de los pórfidos, elaborado a partir de la página web de Codelco, Codelco educa [2]

Tipos y estructuras de pórfidos

Se dividen generalmente en tres tipos los pórfidos diseminados, los Stockwork y los Pebble

dyke o brecha hidrotermal. A continuación se describe a detalle cada uno de estos:

Stockwork: se caracterizan por ser vetillas pequeñas que interceptan toda la roca con varias

formas de simetrías y tamaños. Se reconoce por su frecuencia de vetillas, el ancho de las

vetillas, la simetría y el tipo de mineral como relleno [2].

Figura 1. Ejemplo de Stockwork tomado de Codelco educa

Diseminado: se caracteriza por tener una serie de partículas finas aisladas, con una

granulometría extremadamente pequeña (no visible a simple vista) a tamaños que no

mayores a los 2mm. Se reconoce gracias al tamaño de la mineralización, la frecuencia y el

tipo de mineral[2].

cobre 0,3% - 1,4%

molibdeno 0,01% - 0,006%

oro 0 - 0,6g/ton

intrusivas

subvolcanicas

volcanicas

alteracion potasicasericítica, argílica, propilítica y silificación

(Lowell & Gilbert; Sillitoe)

diseminacionLa mena aparece distribuida en finas

partículas.

stockwork

Rellenos de diaclasas, vetillas, venillas, cetas

con mena u otros minerales de formación

hidrotermal como yeso, calcita y baritina.

pebble dykeBrechas hidrotermales de diferentes

tamaños

estructura

tectonica

Expansivas, fallas y diques con-genéticas de

la formación del yacimiento.

ley de mineral

rocas

estructura

granitos, granodioritas, monzonitas,

cuarciferos, dioritas, stocks dioriticos,

granodiorita con textura porfidica diacitas

Figura 2. Ejemplo de pórfido diseminado tomado de Codelco educa.

Pebble dyke-brecha hidrotermal: se observan brechas hidrotermales en las que las rocas

aparecen en forma de una veta o en sectores elipsoides, estas rocas contienen clastos

blanqueados, alterados, de diferentes tamaños comúnmente entre 0,5 cm hasta 10 cm. Las

brechas hidrotermales se caracterizan por el tipo de clastos, la apariencia de los clastos, la

composición de la matriz, la simetría del cuerpo y las estructuras tectónicas: pre-, con-, y

postgenético [2].

Alteraciones asociadas a los pórfidos.

Para estudiar la alteraciones y estructuras asociadas a los porfideos se crearon una serie de

modelos que explicaban de manera sencilla la mineralización en los pórfidos, por ejemplo

el modelo de Lowell & Guilbert (1970) que muestra los tipos de diferentes alteraciones

hidrotermales de la roca de caja y las simetrías en el sector alterado, además, muestra la

ubicación de las mineralizaciones de súlfuros más importantes, las zonas alteradas se

diferencian por su contenido en minerales secundarios (que pueden ser iguales o diferentes

de los minerales de origen primario) [1]. A continuacion se muestra el modelo de Lowell &

Guilbert.

Figura 3. Distribución de zonas de alteración hidrotermal en un pórfido cuprífero

combinando los modelos de Lowell y Gilbert (1970 ), Gustafson y Hunt (1975) y Giggenbach

(1997)[1].

Zona potásica, que corresponde a la zona más adentro de la alteración.

Zona filítica, que corresponde a una zona de transición entre 2 hasta 30 metros.

Zona argílica, que corresponde principalmente a la zona de formación de minerales

arcillosos como caolín, montmorillonita y pirita en vetillas pequeñas.

Zona propilítica, corresponde a la zona más afuera del sistema sin contacto definido

a la roca de caja. Las alteraciones disminuyen paulatinamente hasta desaparecer

completamente. Las características de esta zona son los minerales clorita, pirita,

calcita y epidota.

4. Modelación topográfica.

Figura 4. Topografía de la zona del proyecto.

Figura 5. Topografía con modelo geológico antes de explotación en superficie.

Figura 6. Topografía con modelo geológico luego de terminar operaciones en superficie.

5. Selección del método de explotación.

En la topografía inicial se puede observar que en la zona donde se encuentra el yacimiento mineral,

tipo pórfido cuprífero se había estado llevando una explotación a cielo abierto la cual

probablemente ya no era económicamente rentable por lo cual se debe optar por un método de

minería subterránea para continuar con la explotación de los dos cuerpos que pueden observarse.

Este tipo de condiciones son muy similares a las que se presentan en la Mina Chuquicamata de

Codelco en Chile donde también se hace la explotación de un pórfido cuprífero a cielo abierto, pero

por el tamaño de esta explotación este tipo de minería se hace actualmente insostenible por lo que

planearon hacer minería subterránea. En el caso del trabajo presentado y viendo la forma de los

cuerpos y de la explotación actual comparado con el caso real de Chuquicamata, se escoje el método

de Block Caving para realizar la explotación subterránea [3].

Primero debe tenerse en cuanta que por las condiciones actuales de la explotación que pueden

observarse en la topografía, y por la forma masiva del yacimiento resulta relativamente muy fácil

realizar la explotación mediante un método de hundimiento como el sublevel Caving, el panel caving

o el block caving ya que los efectos generados por la subsidencia son irrelevantes ya que se

generarían en la zona donde anteriormente se encontraba el pit y que estará deshabilitada al iniciar

la explotación subterránea. Pero según la información obtenida de Codelco en el Caso de

Chuquicamata, los métodos de Panel Caving y Block Caving tienen menos costos y permite mayor

cantidad de producción [3].

Los siguientes criterios fueron tomados en cuenta al momento de seleccionar el Block Caving como

método de explotación:

Bajo interés por los efectos generados por la subsidencia ya que estos no afectan

instalaciones importantes debido al uso anterior del terreno (minería a cielo abierto).

Este método es comúnmente aplicado en pórfidos cupríferos de gran espesor los cuales se

presentan de forma masiva y/o tabular.

Los límite del yacimiento son por lo general regulares y de gran extensión.

Se asume que dentro de la explotación minera de gran tamaño la distribución de las leyes

es uniforme, debido a que este método no permite una explotación de manera selectiva del

yacimiento.

Se asume también que las condiciones geomecánicas son débiles, es decir que la roca

mineralizada es incompetente y presenta un alto índice de fracturas.

El método de explotación block caving ofrece la ventaja de que debido a las condiciones naturales

de cuerpo mineralizado que por lo general deben de ser malas en el aspecto geomecánico (RQD

<26) se requiere un mínimo de trabajos en perforación y voladura para las labores de producción.

También es conocido que este método otorga una mayor flexibilidad en la explotación debido a que

la división por bloques permite tener bien discretizadas las tareas de producción y desarrollo,

además estas pueden coexistir al mismo tiempo.

Para el caso particular del trabajo se accederá a los cuerpos mineralizados a través de niveles

separados cada 70 metros, los cuales a su vez se dividirán en subniveles separados estos cada 35

metros aproximadamente. Luego de que se realiza el acceso al cuerpo mineralizado, este se divide

en bloques con seccione transversales cuadradas cuyas dimensiones variarán según las condiciones

específicas del yacimiento en ese nivel.

Las instalaciones requeridas para la aplicación del método de manera general son: Nivel principal

de transporte, orepasses, nivel de rejas que es donde se controlará la fragmentación del material, y

un nivel de perforación y voladura donde se le dará inicio al hundimiento del material.

Ilustración 1. Esquema general de la Explotación por block caving. Fuente: tomado de [3].

Maquinaria Considerando las dimensiones de las secciones del túnel de 5 metros de ancho por 5 metros de

altura y una bóveda de 2 metros a partir de los 5 metros de los laterales. Se elige la siguiente

maquinaria.

Cargue Se utilizarán cargadores de bajo perfil a diésel, Modelo Scooptram ST1030 distribuidor Atlas Copco

[4].

Características:

Capacidad de desplazamiento

Capacidad de desplazamiento en toneladas métricas, cazo

estándar

10

Altura de desplazamiento 2355 mm

Anchura 2490 mm

Motor

Marca/modelo de motor Motor diesel Cummins. QSL9 C250, EPA Tier 3/UE

Stage IIIA

Potencia nominal 186 kW/250 CV a 2000 rpm

Par, máx. 1085 Nm a 1400 rpm

Perforación De chimeneas Robbins 123RVF C: Perforadora de chimeneas

Datos operativos - Torre

Diámetro de la chimenea, nominal 5 m

Diámetro de la chimenea, rango 3.1 - 6 m

Longitud de chimenea, nominal 900 m

Longitud máxima de la chimenea 1100 m

Empuje de escariado 8923 kN

RPM, piloto 0 - 50 rpm

RPM, escariado 0 - 7 rpm

RPM, escariado (par reducido) 7 - 12 rpm

Aire de achique (a 7 bar/100 psi) 25 m³/min

Empacado, agua 800 l/min

Alimentación eléctrica (50/60 Hz) 490 kW / 657 HP

Voltaje eléctrico (50/60 Hz) 460/690 V

Frecuencia eléctrica 50 - 60 Hz

Requisito de potencia eléctrica 580 kVA

Diámetro del tubo de perforación 333 mm

Longitud del tubo de perforación de hombro a hombro 1524 mm

Diámetro del orificio piloto 381 mm

Medidas y pesos - Torre

Altura extendido 5700 mm

Altura retraído 4100 mm

Anchura con el cargador de tubos incluido 3800 mm

Profundidad 2700 mm

Peso 33700 kg

Peso con el cargador de tubos incluido 35300 kg

Perforacion frontal

Boomer 282: Equipo de perforación frontal

El Boomer 282 es un equipo hidráulico de perforación frontal con dos brazos para túneles de tamaño

pequeño a mediano y producción minera con secciones transversales de hasta 45 m2. Está equipado

con un sistema de control directo (DCS) robusto y fiable. El Boomer 282 tiene dos brazos BUT 28

flexibles y martillos COP que optimizan la productividad [4].

Dimensiones y peso

Anchura 1990 mm

Altura con cabina 3050 mm

Altura con techo subido 3000 mm

Altura con techo bajado 2300 mm

Longitud 11830 mm con deslizaderas BMH 2343

Altura libre sobre el suelo 290 mm

Radio de giro, exterior 5700 mm

Radio de giro, interior 2800 mm

Transporte

Minetruck MT42: Camión de interior

Minetruck MT42 es un camión de interior articulado de 42 toneladas y alta velocidad, que ofrece una

seguridad, productividad y sostenibilidad únicas en su clase [4].

Capacidad de desplazamiento

Capacidad de desplazamiento en tonelada métricas, caja estándar 42

Medidas

Anchura, volquete 3050 mm

Altura, cabina 2705 mm

6. Parámetros de diseño.

Figura7. Diseño de explotación. Elaboración propia.

Figura8. Diseño de explotación. Elaboración propia.

Para el diseño de la mina se tuvo en cuenta la topografía existente por lo cual se escogió un punto

de acceso para el túnel principal que no estuviera asociado a la explotación a cielo abierto anterior.

Como el método de explotación es Block caving el cual genera un hundimiento que puede puede

producir subsidencia e inestabilidad del terreno.

Para el acceso principal se tiene un vertical de 400 metros y cuenta con 6 niveles principales

separados cada 70 metros. Además de estos niveles se realizaron 5 subniveles que comunican los

niveles principales con la mineralización. Los niveles y subniveles tienen forma de galería teniendo

como dimensiones 5X5 metros y con 2 metros de radio superior; de estas se desprenden distintas

guías para la extracción del mineral tanto de cuerpo 1 y el cuerpo 2.

Adicionalmente para el transporte de la maquinaria entre los distintos niveles se tiene una rampa

Z/Z, esta rampa tiene una pendiente de -16° con anchos de 5 metros y cruceros con dimensiones de

5metros y metros de profundidad. Teniendo en en cuenta el tamaño de la maquinaria de mayor

tamaño se diseñó la rampa con un radio de giro de 12 metros.

Para el sistema de ventilación se cuenta con vertical que tiene geometría circular con radio de 3

metros. Este ducto extrae el aire viciado de los niveles hasta la superficie. Para el transporte del

mineral explotado en los niveles de tiene un orepass en cual se conecta a los distintos niveles y se

disponen en una tolva para su posterior transporte a superficie por los camiones a través de la

rampa.

7. Cálculos de volúmenes.

Para analizar el volumen del cuerpo mineral se realizaron cálculos con cada cuerpo utilizando el

comando del programa Recmin volumen de T3 cerrado. Para estos de cálculos se encontraron el

volumen del mineral en una sola dirección NE la cual fue la más óptima para el cálculo y se

analizaron los tres distintos métodos como el método matemático, el método circular y el método

de mejor T3 utilizando secciones cada 5 metros.

Para el cuerpo 1 el cual es el más extenso se tuvieron los siguientes resultados:

Método matemático: 7´592.659 m3

Método circular: 7’594.361 m3

Método mejor T3: 7’603.971 m

Con base a estos resultados el mejor método para calcular el volumen es el mejor T3, sin embargo

se halló un promedio entre los distintos métodos para garantizar la máxima precisión en los datos.

Promedio de volumen cuerpo 1: 7´596.997 m3

Figura 9 Calculo de volumen cuerpo1 Metodo matemático. Recmin.

Figura 10. Calculo de volumen cuerpo1 Metodo circular. Recmin.

Figura 11. Calculo de volumen cuerpo1 Metodo mejor T3. Recmin.

Para el cuerpo 2 se tuvieron los siguientes resultados:

Método matemático: 629.291,10 m3

Método circular: 629.447,40 m3

Método mejor T3: 629.436 m3

Con base a estos resultados el mejor método para calcular el volumen es el método circular, y al

igual que el caso anterior se halló un promedio entre los distintos métodos para garantizar la

máxima precisión en los datos.

Promedio de volumen cuerpo 2: 629.391,5 m3

Figura 12. Calculo de volumen cuerpo 2 Metodo matematico. Recmin.

Figura 13. Calculo de volumen cuerpo 2 Metodo circular. Recmin.

Figura 14. Calculo de volumen cuerpo 2 Metodo mejor T3. Recmin.

8. Conclusiones

En cuanto a la selección del sistema de explotación esta se hizo de manera teórica basada

en los trabajos realizados en las explotaciones mineras de Chile debido a que no se contaba

con la información suficiente del yacimiento mineral, y algunas de ellas fueron supuestas

para que se acomodaran al método. Sin embargo la forma correcta de trabajar sería

incluyendo un método de ponderación de factores para que, entre varios métodos de

explotación seleccionar el más adecuado en cuanto a las condiciones económicas y

geotécnicas de yacimiento.

9. Referencias

[1] Maksaev, V. PORFIDOS CUPRIFEROS, DEPÓSITOS DE CU (MO) DE GRAN TONELAJE Y BAJA LEY; UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA; 2004 [2]CODELCO;COLDECO EDUCA; CLACIFICACION DE YACIMIENTOS; PORFIDOS CUPRIFEROS; Disponible en: https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/tecnicos_exploracion_reconocimiento_ menas.asp

[3] Codelco Chile, “Estudio de Prefactibilidad: Proyecto Mina Chuquicamata Subterránea.,” p. 102, 2009.

[4] Atlas Copco, “Nuestros productos,” http://www.atlascopco.es/, 2015. [Online]. Available: http://www.atlascopco.es/eses/products/. [Accessed: 12-Nov-2015].