Sub Level Caving

Cátedra Codelco de Tecnología MineraMI 58B: Diseño de Minas Subterráneas Instructor: Enrique Rubio

Sub Level Caving

Apoyo: Sublevel Caving — Today’s Dependable Low-Cost ‘Ore Factory’G Bull and C H Page


Sublevel Caving• Se utiliza en cuerpos mineralizados

con orientación 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 perforación, tronadura, carguío y transporte

• Consiste en hundir la roca de caja y la pared colgante de esta manera el mineral queda en contacto con el estéril facilitando el acceso de LHDs a través de las galerías de producción

• Productividad 4000 a 20000 tpd• Costo 7-12 $/t• Dilución es alta hasta un 15%• Recuperación 75%


Operaciones Unitarias SLC• Se utiliza en cuerpos mineralizados

con orientación 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 perforación, tronadura, carguío y transporte

• Consiste en hundir la roca de caja y la pared colgante de esta manera el mineral queda en contacto con el estéril facilitando el acceso de LHDs a través de las galerías de producción

• Productividad 4000 a 20000 tpd• Costo 7-12 $/t• Dilución es alta hasta un 15%• Recuperación 75%


Características del Método de Explotación

• Método descendente, facilita la entrada en producción• Es flexible, permite adaptarse a la geometría del cuerpo

mineralizado, incorporando otros sub niveles• Selectivo, permite extraer solamente el esponjamiento

en zonas de baja ley• A partir del manejo de la fragmentación del mineral se

puede disminuir el % de dilución• Rock Factory, permite avanzar en diferentes

operaciones unitarias a la vez en diferentes niveles• Riesgo es controlado ya que cada abanico de

perforación contiene del orden de 1500 -2000t• Es seguro ya que se trabaja bajo techo fortificado


Modelo Clásico de SLC

• Operaciones Unitarias– Perforación de producción– Producción– Carguío de explosivos– Preparación

• El mineral es fragmentado por perforación y tronadura mientras el techo de la explotación y la pared colgante se fragmenta y hunde por acción de los esfuerzos inducidos

• Método descendente que se trabaja por niveles

• El estéril rellena continuamente los espacios dejados por el mineral fragmentado


Conceptos Básicos

• El material de sobre carga debe hundir en forma continua de modo de confinar el mineral a tronar

• Una vez que el mineral es extraído este suele ser reemplazado por material estéril de sobre carga

• Debido a que mineral y estéril se encuentran en movimiento hacia el punto de extracción existe mezcla entre mineral y estéril el cuál define la ley de producción

• El diseño y la programación de la producción debe ser tal que maximice la extracción de mineral sin diluir


Diseño y Flujo• El método de explotación se basa

en que el mineral está constantemente interactuando con el estéril hundido

• Los sub niveles de producción se desarrollan transversal al cuerpo mineralizado

• En cada sub nivel en la pared colgante se desarrollan chimeneas de cara libre

• En la pared pendiente se socavones de acceso que conectan a piques los cuales concentran la actividad de transporte en un nivel de transporte generalmente con trenes y camiones.


Dilución• El punto de entrada de la

dilución define la recuperación de reservas y por lo tanto impacta el plan minero y el negocio sustentado por este

• Los diseños tradicionales de SLC se basaron en la teoría de silos reportando un porcentaje de entrada de la dilución de 20-40 %

• La dilución acumulada de este método es del orden de 30-50% con factores de ley de un 60%

Modelo de Dilución Tradicional, Kvapil (1982)


Comparación en los Diseños

• Excavaciones pequeñas y ampliamente espaciadas que tienden a generar alta dilución y baja recuperación

• Excavaciones anchas de baja altura que permita realizar un carguío de la pila de mineral uniforme y un espaciamiento adecuado para lograr interacción

• Se prefieren cruzados de producción transversales los cuales reportan mayor flexibilidad al tener una mayor cantidad de puntos de extracción y menores distancias de acarreo


Modelo Mejorado SLC

• Reporta porcentajes de entrada de la dilución de 40-70%

• Dilución acumulada de 15-30%

• Factores de ley de 70-80%


Fundamentos de la Nueva Teoría

• La manera de realizar la extracción es uniforme entre calles de producción de un mismo nivel de producción, lo cual permite inducir una zona de baja densidad la cual facilita el flujo uniforme de material

• El material estéril se compacta debido al peso de la sobre carga y la tronadura del mineral, por lo tanto la dilución lateral es significativamente menor a lo predicho por modelos de arena


Geometría de Elipsoide de Extracción como Función de la

Extracción• La extracción uniforme de calles

de producción contiguas permite que se erosionar con mayor energía la zona entre calles de producción, produciendo una gran zona de baja densidad la cuál facilita el descenso uniforme del material estéril de los niveles superiores


Fragmentación Variable en la Columna de Extracción

• La variabilidad de fragmentación en la columna hace que se produzcan colgaduras internas de mineral

• Tiraje interactivo inducirá a una mayor frecuencia y tiempo de colgadura facilitando la entrada de la dilución de las zonas que presentan una alta densidad

• Se debe controlar la extracción inicial de la columna de modo de generar suficiente roce entre partículas de mayor tamaño de modo de mitigar la probabilidad de colgadura

• El control de extracción es fundamental


Diseño

• Los cruzados de producción se deben espaciar de acuerdo al grado de interación deseado, utilizar reglas de flujo

• El espaciamiento entre niveles lo condiciona las capacidaded de perforación, hasta 30m

• El diámetro de perforación debe ser el máximo posible para evitar desviaciones y asegurar un burden adecuado (115mm).

• Define el burden de acuerdo a B=20D

• La razón entre espaciamiento máximo y burden es 1.3 para lograr la fragmentación y la compactación adecuada de la roca


Ejemplos de Diseño


Ejemplo

Mulfura Mine Kiruna Mine


Abanicos Verticales vs inclinados

• Mejor inducción del flujo al existir una componente horizontal

• Se retrasa la entrada de la dilución

• Se facilita el acceso a cargar los anillos de tronadura


Curvas de Dilución del Método Propuesto


Lecturas Recomendadas

• Full scale SLC draw trials at Ridgeway Gold Mine (Gavin Power, Massmin2004)

• Open Benching at EKATI diamond mine – Koala North: Case Study (Jaroslav Jakubec, Massmin 2004)


Modelos Actualizados de Sub Level Caving


Sección Operación Mina Kiruna


Elipsoide de Extracción Kvapil


Principios de Flujo Aplicados al Diseño de Sub Level Caving

• Diseño de Kiruna 1982, espaciamiento entre galerías de 12.5m, en galerias de 5x3.5, espaciamiento entre sub niveles de 12m y con burden de tronadura de 2m.


Diseños Actuales en Kiruna Lkab


Parámetros de Diseño

• El hacer económicamente atractiva la explotación de yacimientos de baja ley a empujado a ritmos de producción altos que deben estar avalados por diseños que se escapan de los fundamentos del método de explotación.


El valor de Pruebas

• Según Janelid 1972 todas las pruebas de flujo a escala son consistentes entre si

• Sin embargo todavía no se puede explicar el fenómeno del sub level caving desde el punto de vista de dilución y recuperación de reservas

• Una prueba a escala mina es más valiosa que muchas opiniones.


Prueba Escala Mina, Janelid 1972

• Resultados de marcadores instalados en la mina Grängesberg Janelid (1972)

• Extracciones de 400 t y 600t.


Comparación Modelo Escala 1:20 versus Escala Mina

• Los elipsoides en experimentos a escala tienden a ser de menor diámetro y más alargados, mayor excentricidad que los observados. Esto se refiere a que la forma de las partículas fragmentadas en el experimento a escala poseen ángulos de fricción de 35 grados y en el experimento a escala mina es de 45 a 55 grados dependiendo de la fragmentación final

• En el modelo la extracción es más uniforme en función de las densidades reportadas


LKAB Kiruna Mine Experimento

908 marcadore fueron instalados en 24 anillos de perforación de los cuales 272 marcadores han sido recuperados

Densidad de mineral es de 4.2 t/m3y estéril 2.6 t/m3


Recuperación de Marcadores

Gráfico de contorno de recuperación de marcadores


Comportamiento de la Dilución

En una zona experimental la dilución se estimo en 20% y la recuperación en 92% esto es extremo dada la calidad de la extracción


Experimento a Escala en Perseverance

• Densidad de mineral de 3.45 t/m3• 3500 t por abanico• Se instalaron 1762 marcadores• No se mostro interacción de tiraje• El ancho de extracción fue de 11.5

más menos un metro• 35% de los marcadores de un anillo se

reportan en otros niveles de producción

• Al 20% de extracción pueden aparecer marcadores del nivel superior

• Solamente 540 marcadores recuperados

• Punto de entrada de la dilución entre 11 y 25%

• Lateral posterior dilución• 60 a 70% de los marcadores

recuperados en el nivel de instalación, 20 a 25 % en el nivel siguiente y 10 a 15% en el nivel tercero


Resultados de Trazadores de Flujo

En todos los casos la relación ancho del flujo ancho de la galería de producción es del orden de 1.4

La zona central del abanico tiende a esponjarse primero por lo tanto posee una mayor probabilidad de fluir que los contornos


Esponjamiento de Diferentes Materiales


Esponjamiento en Sub Level Caving

• Esponjamiento libre y esponjamiento confinado

• El esponjamiento confinado es del orden de 2 a 17% de acuerdo a experimentos realizados por NEwman en Kiruna

• Sumandole el esponjamiento libre de materiales esto bo coincide con el esponjamiento ofrecido por los diseños actuales


Despues de tronar


Gap producto de la extracción

Fluye el 50% del material tronado


Situación Final

Sub Level Caving

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