BLOCK CAVING (BLOQUE HUNDIDO O HUNDIMIENTO DE BLOQUE)

CARACTERÍSTICAS DE LA EXPLOTACIÓN POR HUNDIMIENTO

La explotación por hundimiento se basa en que tanto la rocamineralizada como la roca encajadora esté fracturada bajo condicionesmás o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona dehundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. Enconsecuencia es muy importante el establecer un proceso defracturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas nosoportadas, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos queoriginan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de laexplotación.

Las características de la roca constituyen el facto esencial delcomportamiento del mineral frente al hundimiento. Es necesario nosolamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineralpresente una granulometría adecuada.

La fragmentación de la roca es provocada más por las fatigas detracción que por las de compresión, de modo que la tendencia será detener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en losextremos. Este tiene la ventaja de evitar la mezcla del mineral útilcon el material proveniente de la roca encajadora.

En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizarlas concentraciones de esfuerzos en el nivel de producción y pilar deprotección, para mantener estables galerías de extracción; y por otra,conviene maximizar la concentración de esfuerzos sobre el nivel dehundimiento para producir la socavación y mejorar la fragmentación delmineral.

La estabilidad en las labores de extracción ha sido optimizadamediante una orientación adecuada.

Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado,tienen su inicio en el diseño de la malla, la cual determinará lascaracterísticas del resto de las galerías componentes del sistema. Ladeterminación de la malla depende fundamentalmente de lascaracterísticas de la roca.

El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de lascaracterísticas de hundibilidad de la roca, depende de los factoresfundamentales que son:

A. La base del bloque deberá fracturarse completamente; si sequedaran pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar,transmitiéndose grandes presiones desde el nivel de hundimientohacia el de producción, las que pueden llegar a romper el pilarexistente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de

las galerías del nivel de producción. Esto trae consigo unaumento importante en los costos de extracción.

B. La altura de socavación inicial proporcionada por la tronadura,debe ser tal que no se produzcan puntos de apoyo del bloque queimpidan o afecten el proceso de socavación natural inmediata.

El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con unadecuado diseño de perforación especialmente, con un correcto carguíode los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de un pilar,se interrumpe la etapa de hundimiento, concentrando las actividades eneliminarlo completamente para poder continuar con la secuencia de"quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles puntos deapoyo del bloque, una vez tronada la base, es necesario determinarpreviamente la altura que debe alcanzar la socavación producida por latronadura.

La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado demanera de evitar contaminaciones del mineral con el estéril. Elcontacto mineral - estéril debe mantenerse según un plano biendefinido que pueda ser horizontal o inclinado.

En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el 90% delmineral comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente derecuperación depende principalmente de la forma en que se efectúa laextracción del primer tercio de la producción del block.

DEFINICION

En explotación de minas se denomina "caving" a toda operacióndestinada aprovocar el hundimiento de la roca, mediante la utilizaciónde los esfuerzos naturales que ejercen los terrenos alrededor de lazona de interés.

PRINCIPIO DEL METODO

Los esfuerzos que actúan en un lugar, y a cierta profundidad de unyacimiento, tienen su origen en el peso de las rocas hasta lasuperficie, y en los fenómenos externos de un yacimiento, tales como :Movimientos "horizontales, debido a movimientos de placas en lacorteza terrestre. Todo macizo rocoso permanece en equilibrio mientrasno se cree una cavidad lo suficientemente extensa en su interior, demodo de romper el equilibrio existente, creando una redistribución deesfuerzos en su alrededor.

La estabilidad de ésta cavidad dependerá de sus dimensiones,competencia de la roca y de los esfuerzos existentes en el área. Si laresistencia de la roca, no es lo suficiente para soportar el cambio desolicitación, ésta socavará hasta llenar la cavidad con materialfragmentado de distintas densidades. Una vez llena la cavidad segenera una fuerza de reacción que restablece el equilibrio.

Si se extrae el mineral fragmentado, a medida que se socava, elequilibrio no se restablece y la socavación continuará hasta lasuperficie.

El Block Caving se basa en éste principio, el cual consiste en crearuna cavidad de manera que la dinámica de desplome no se detenga,extrayendo el mineral por una malla de puntos ubicados en la base delblock.

El método de explotación por Block Caving se define luego, como elderrumbamiento de bloques por corte inferior, el mineral se fractura yfragmenta gracias a las tensiones internas y efecto de la gravedad.Por consiguiente se necesita un mínimo de perforación y tronadura enla extracción del mineral.

La palabra bloque está referida al sistema de explotación, en que elyacimiento se divide en grandes bloques de varios miles de metroscuadrados. Cada bloque se corta por la zona inferior; es decir, seexcava practicando una ranura horizontal mediante tronadura.

De ésta forma queda sin apoyo el mineral que está por encima (millonesde toneladas) y las fuerzas de gravedad que actúan sobre ésta masaproducen una fractura sucesiva que afecta al bloque completo. Porúltimo y debido a las tensiones de la roca, se produce lafragmentación del material, el cual puede extraerse por medio depiques o mediante cargadores.

CAMPO DE APLICACION

Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistemanormalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos, de bajasleyes en CU,Mo, Fe.

Hoy en dia, la producción masiva de extracción de menas subterráneas,bajo condiciones favorables, es una de las más eficientes, con bajoscostos de minas.

Este método se utiliza en numerosos yacimientos de grandesdimensiones; en general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren unaextensa área y son muy potentes. Usualmente, la producción está en unrango de 10.000 tons. a 100.000 tons. por dia.

Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente encualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción ycualquiera que sean las caracteristicas de la roca encajadora, pero espreferíble que la resistencia de la roca que se explota sea menor quela de la roca encajadora.

La explotación por Block Caving, es un método económico bajocondiciones favorables. El extenso trabajo de desarrollo que talexplotación conlleva y el tiempo que se emplea hasta alcanzar la plena

capacidad de producción, son los inconvenientes de partida. Por otraparte existen ciertos riesgos de derrumbamientos y fragmentación, queestán fuera de los controles de mineria.

En general, los yacimientos más favorables para la aplicación delmétodo de hundimiento por bloques son los grandes intrusivos de cobreporfirico, yacimientos de Hierro, tanto sedimentarios como intrusivos,etc. Estos depósitos deberán estar ubicados a gran profundidad ydeberán poder ser extraidos a costos inferiores que por un método acielo abierto. Los depósitos deben tener grandes reservas, cubrir unárea extensa y tener una altura relativamente grande. La mayoria deestos depósitos se explotan a gran escala durante un periodo bastantelargo, de tal forma que justifiquen la gran inversion requerida paraponerlos en producción.

CARACTERISTICAS DE LA EXPLOTACION POR HUNDIMIENTO

La explotación por hundimiento se basa en que tanto la rocamineralizada como la roca encajadora está fracturada bajo condicionesmás o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona dehundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. Enconsecuencia es muy importante el establecer un proceso defracturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas nosoportadas, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos queoriginan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de laexplotación.

Las caracteristicas de la roca constituyen el factor esencial delcomportamiento del mineral frente al hundimiento. Es necesario nosolamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineralpresente una granulometria adecuada.

La fragmentación de la roca es provocada más por las fatigas detracción que por las de compresión, de modo que la tendencia será detener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en losextremos. Este tiene la ventaja de evitarla mezcla del mineral útilcon el material proveniente de la roca encajadora.

En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizarlas concentraciones de esfuerzos en el nivel de producción y pilar deprotección, para mantener estables galerías de extracción; y por otra,conviene maximizar la concentración de esfuerzos sobre el nivel dehundirniento para producir la socavación y mejorar la fragmentacióndel mineral.

La estabilidad en las labores de extracción ha sido optimizadamediante una orientación adecuada.

Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado,tienen su inicio en el diseño de la malla, la cual determinará lascaracteristicas del resto de las galerías componentes del sistema. La

determinación de la malla depende fundamentalmente de lascaracteristicas de la roca.

El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de lascaracteristicas de hundibilidad de la roca, depende de los factoresfundamentales que son :

a) La base del bloque deberá fracturarse completamente. Si quedaranpequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar, transmitiéndosegrandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el deproducción, las que pueden llegar a romper el pilar existente entreellos, afectando completamente la estabilidad de las galerias delnivel de producción. Esto trae consigo un aumento importante en  loscostos de extracción.

b) La altura de socavación inicial proporcionada por la tronadura,debe ser tal que nose produzcan puntos de apoyo del bloque que impidano afecten el proceso desocavación natural inmediata.

El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con unadecuado diseño de perforación y, especialmente, con un correctocarguio de los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de unpilar, se interrumpe la etapa de hundimiento,concentrando lasactividades en eliminario completamente, para poder continuar con lasecuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posiblespuntos de apoyo del bloque, una vez tronada la base, es necesariodeterminar previamente la altura que debe alcanzar la socavaciónproducida por la tronadura.

La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado demanera de evitar contaminaciones del mineral con el estéril. Elcontacto mineral-estéril debe mantenerse según un plano bien definidoque pueda ser horizontal o inclinado.

En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el  90% delmineral comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente derecuperación depende principaimente de la forma en que se efectúa laextracción del primer tercio de la producción del block.

ANTECEDENTES DEL METODO BLOCK CAVING

La explotación de un área se hace siguiendo uno de los siguientesesquemas:

1. Dividiendo el área en bloques cuadrados o rectangulares cuyadimensión mínima se relaciona con la hundibilidad de la roca yla máxima se diseña en función de parámetros operacionales yeconómicos. En este tipo de diseño deberán crearse barreras opilares entre bloques hundidos para minimizar la dilución.

2. Diseñando paneles que abarcan el área desde un extremo a otro.En este caso el hundimiento es un proceso continúo a lo largodel área y se dejará una barrera de contención o pilar paraimpedir que el estéril del panel agotado diluya el mineral de lanueva explotación una vez hundido el panel.

3. Manteniendo un hundimiento continuo en ambas direcciones sindejar barreras ni pilares. Este frente de hundimiento continuoimpide la formación de puntos o líneas de alta presión y, por lotanto, se tendrá menos problemas de estabilidad. Además permiteuna amplia flexibilidad para variar los ritmos de producciónfijados.

Una vez definido el bloque para su explotación se inician los trabajosde preparación de galerías, que comprenden:

Galería de transporte Galería de traspasos

Galería de hundimiento

Galerías de producción

Galerías de ventilación, etc.

MALLA DE EXTRACCIÓN

Se entiende por malla de extracción o también malla de tiraje, a ladisposición geométrica de los puntos por donde se extrae el mineral enel nivel de producción de un sistema por "Block Caving".

En la zona que se está explotando, la extracción se hace a través demuchos puntos dispuestos en una malla que cubre el área hundida.

Para el diseño de estas mallas de extracción, se han usado diferentesformas: cuadradas, rectangulares, triangulares.

La separación de los puntos de extracción depende fundamentalmente dela granulometría del mineral obtenido, de la socavación natural y delos equipos usados para la extracción.

FLUJO DE EXTRACCION DEL MINERAL

Los tres métodos básicos de flujo de extracción del mineral,comúnmente usados en la actualidad son:

Flujo gravitacional Flujo mediante Scraper

Flujo mediante equipos LHD.

El tipo de flujo del material, diseñado para una operación deexplotación, se enfocan en los siguientes aspectos:

Gasto de Capital y tiempo requerido para poner una operación deexplotación, se enfocan en los siguientes aspectos:

Productividad, eficiencia y costos de operaciones.

Grado de seguridad en la producción Porcentaje de recuperación del depósito, tanto en tonelaje como

en ley.

Fundamentalmente el tipo de flujo usado debe ser compatible con lascaracterísticas físicas del depósito para su extracción, y con laposición financiera a la operación minera.

Una diferencia en los sistemas, es la forma que se realiza el avancedel hundimiento. En el LHD se hace avanzado por paneles y en eltradicional por bloques. Otras diferencias están en el diseño deextracción y traspaso, debido principalmente a la granulometría.

ALTURA DE SOCAVACIÓN

La altura de socavación se define como la distancia vertical existenteentre el piso del nivel de hundimiento y la base suspendida del bloqueresultante de la Tronadura.

En la práctica, la altura de socavación así definida debe superar a laaltura del cono formado por el ángulo de reposo del mineral. Lo que sepretende es evitar que la roca fracturada que se acumula a partir delespacio limitado por los bordes de las chimeneas, no alcance unaaltura de socavación producida por la tronadura, ya que de ser así, laroca acumulada serviría de apoyo al bloque cuya base se ha socavadoimpidiendo o dificultando el desplome posterior.

La altura del cono formado por el ángulo de reposo dependefundamentalmente de la distancia entre los puntos de extracción, yaque, mientras más grande sea ésta, mayor será la base del cono y porende su altura. Este factor en la práctica está limitado por elalcance de la barrenadura, ya que a medida que aumenta la altura delcono, de mayor longitud habrán de ser las perforaciones necesariaspara superarla.

La altura del cono también depende en menor escala, de lagranulometría del mineral, mientras más fina se formarán conos demenor altura, y a la inversa colpas de mayor tamaño formarán conos demayor altura.

ALTURA OPTIMA DEL BLOCK.

En depósitos de gran altura la explotación se hace en diferentesniveles a medida que se agotan los niveles superiores. La separaciónde dos niveles sucesivos está asociada al tonelaje que se extrae  porcada punto de extracción y en consecuencia se relacionará con la vidao utilización que tendrá la infraestructura del nivel.

Debido al alto costo que representa la preparación de un nivel deproducción y de un bloque en particular, es porque la altura delbloque, es una de las decisiones más importantes de la planificaciónen la explotación por hundimiento y por lo cual se invierten fuertesrecursos de ingenieria antes de decidir la altura óptima.

La altura de los bloques, a variado sustancialmente desde las primerasaplicaciones del método sin embargo, en las últimas aplicadas ésta apermanecido prácticamente invariable en la mayoria de las faenasmineras. Podemos decir que el gran desafio que ha impuesto el bajoprecio de los metales en el último tiempo, asociado a los nuevosantecedentes entregados por la moderna ciencia de la mecanica de roca,nos ha hecho cuestionar los diseños tradicionales y consideraraltemativas de alturas de bloques que hasta hace pocos años habiansido consideradas prohibitivas.

Aunque la variación de las alturas usadas es muy grande, se ha podidoestablecer una tendencia a aumentar la altura de las columnasmineralizadas en los altimos años.

La altura de la columna mineralizada se justifica en lo siguiente :

Para justificar los altos costos de desarrollos primarios ysecundarios.

Para asegurar una buena socavación.

Los principales factores que tienen directa relación con la altura delos bloques son :

1. Amortizaci6n de la infraestructura.

2. Estabilidad del nivel de producción.

3. Dilución y perdida de mineral.

4. Distribución de leyes en altura.

5. Fragmentación.

6. Planificación.

7. Riesgo de no extracción.

8. Experiencia mundial.

Método Block Caving Extracción Gravitacional :

Esta variante del método de explotación es aplicable a yacimientos osectores en los cuales la competencia de la roca permiteprincipalmente usar fuerzas de gravedad como método de traspaso demineral.

El grado de fracturamiento obtenido permite la utilización de embudos,los cuales se encuentran conectados a buitras en donde la distribució

n y traspaso de mineral es controlado por buitreros.

La utilización de estas variantes esta aún vigente en el sectorTeniente3, lsia Estandars, Quebrada Teniente. sector principalmenteson mineral secundario, utilizando una malla de extracción de 10 x 10.( fig. 6.1 )

( fig. 6.1 )

Método Block Caving con Reducción Mecanizada

La diferencia fundamental con la variante anterior corresponde lautilización de un martillo picador como una forma de distribución yreducción de tamaño del mineral en el pto. de extracción, debido a unamayor competencia de la roca las colpas de mayor tamaño también llevaasociada una variación del diseño minero, la que se ve materializadaen la construcción de zanjas y reforzamiento de los puntos deextracción. ( fig. 6.2 )

( fig. 6.2 )

Método Block Caving Extracción con Scraper

Cuando el limite inferior de la mineralización llega hasta el nivel detransporte o cercano a él, una infraestructura de pique de traspasorequiere de una cantidad considerable de metros en la extensiónvertical, por lo que se prefiere utilizar este sistema, reduciendo asila distancia entre el nivel de producción y el nivel de transporte.( fig. 6.3 )

 

GALERIA DE ARRASTRE A NIVEL DE TECHO DE AVANCE DE

TRANSPORTE SECUNDARIO (Fig. 6.3)

 

GALERIA DE ARRASTRE CON CHIMENEA INTERMEDIA VERTICAL HASTAEL AVANCE DE TRANSPORTE SECUNDARIO

 

Método Panel Caving (Block Caving Extracción Mecanizada (LHD))

La disminución paulatina de áreas con mineral secundario requirió deun diseño y metodologia tendiente a explotar satisfactoriamente lareservas de mineral primario, una estrategia de solucionar losproblemas vislumbrados debido al tipo de fracturamiento del mineral(colpas de mayor tamaño) y la baja productividad del métodoconvencional.

Lo anterior condujo a definir el diseño del método de explotaciónPanel Caving. En este sistema de explotación el concepto de bloques esreemplazado por la unidad básica de producción , que corresponde a unnumero de puntos de vaciado en donde un equipo LHD opera.

El hundimiento o incorporación de nuevas áreas a la producción esrealizado en forma continua, por puntos de extracción, a diferenciacon el método convencional en donde el hundimiento es realizado enforma discreta.

Sus Principales características de diseño consideran la utilización dezanjas (15 mts de largo, 12 mts de ancho en su parte superior) enreemplazo de los buzones, en el nivel de producción existe una seriede galerías paralelas (calles) separadas 30 metros entre si cuyasección generalmente es de 3,6 x 3,6 mt, las que son interceptadascada 15 mts. por estocadas de carguio de sección similar en un ángulode 60 grados, que permite una mayor facilidad de movimiento al equipoLHD. con esto la malla de extracción posee dimensiones de 17,32 x 15con un área de influencia de 260 mt cuadrados por punto de extracción.

Las dimensiones de las colpas requieren de la construcció de un nivelde reducción intermedio, entre el nivel de producción y el nivel detransporte , en donde las cámaras de picado, los martillos picadoresestacionarios o semi-móviles reducen de tamaño las colpas antes deserenviadas al nivel de transporte.

La implementación de este método esta vigente en los siguientesectores :  Teniente 4 LHD (33.000 TPD), Regimiento (7.000 TPD), lslaMartillo (4.800 TPD) y posterior se utilizara en los proyectosEsmeralda (45.000 TPD), Diamante Norte y Diamante Sur (45.000 TPD).( fig. 6.4 )

 

METODO DE EXPLOTACION PANEL CAVING ( fig.6.4 )

 

 

INDICE DE HUNDIBILIDAD

La hundibilidad es uno de los aspectos críticos para la factibilidadde explotación por le método Block Caving, por ello existe un índicepara predecir ésta hundibilidad.

Resulta obvio que un índice de éste tipo debe estar basado en elmecanismo que controla el proceso de hundimiento y factoresgeomecánicos de mayor relevancia, los cuales para su utilización en elíndice, deben ser medidos y cuantificados.

Estos factores son:

R.Q.D. Estado de Esfuerzo In-Situ

Ensayo de carga puntual

Ensayo de Masa de Fricción

R.Q.D (%) Calidad de la

roca

0 - 25

25 - 50

50 - 75

75 - 90

90 - 100

Roca muy mala

Roca mala

Roca regular

Roca buena

Roca excelente

La interpretación en térmicos de hundibilidad es de acuerdoa la siguiente clasificación:

R.Q.D. (%)  75

51 - 74

27 - 50

6 - 26

0 -5

Roca muy mala hundibilidad

Roca mala hundibilidad

Roca regular hundibilidad

Roca buena hundibilidad

Roca excelente hundibilidad

 

COEFICIENTE DE HUNDIBILIDAD:

Es la capacidad de un bloque para colapsar y hundirse después del polvorazo.

 

Coeficiente clasificación

0 - 4.5

4.6 - 6.5

6.6 - 8.5

8.6 - 10.5

10.6 - 12.0

Muy bajo

Bajo

Mediano

Alto

Muy alto

 

Para conocer el índice se requiere de los antecedentes de:

Fracturamiento

Dureza

Litología

Todos referidos a la base del bloque, y entregados por geología.

 

FRECUENCIA DE FRACTURAS

Fracturamiento Grado F/m

Débil

Moderado

Fuerte

Intenso

1

2

3

4

4

4 - 10

11 - 24

20

 

DUREZA

Dureza Grado Lb/pulg2

Muy dura

Dura

1

2

32500 + -2500

22500 + -

Moderada

Blanda

3

4

7500

10000 + -5000

2500 + -25000

 

Litología:

Se refiere al tipo de roca existente en un sector

Resumen del Método

1. Geometría del Yacimiento Aceptable Optimo

Forma Cualquiera TabularPotencia Grande GrandeBuzamiento Cualquiera VerticalTamaño Grande Muy GrandeRegularidad Media Alta2. Aspectos Geotécnico Aceptable Optimo

Resistencia (Techo) <100 MPa <50 MPaResistencia (Mena) <100 MPa <50 MPaFracturación (Techo)

Media - Alta Alta

Fracturación (Mena) Media - Alta Alta

Campo Tensional In-situ (Profundidad) <1000 m <500 m

Comportamiento Tenso-Deformacional Elastico Elastico

3. Aspectos Económicos Aceptable Optimo

Valor Unitario de la Mena

Bajo a muybajo NA

Productividad y ritmo de explotación

Muy Alto NA