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BLOCK CAVING
CARACTERÍSTICAS DE LA EXPLOTACIÓN POR HUNDIMIENTO
La explotación por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajadora esté
fracturada bajo condiciones más o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona de
hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante el establecer
un proceso de fracturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas no soportadas, presentan
un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento
de la explotación.
Las características de la roca constituyen el facto esencial del comportamiento del mineral frente al
hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineral presente una
granulometría adecuada.
La fragmentación de la roca es provocada más por las fatigas de tracción que por las de compresión, de modo
que la tendencia será de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este
tiene la ventaja de evitar la mezcla del mineral útil con el material proveniente de la roca encajadora.
En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el
nivel de producción y pilar de protección, para mantener estables galerías de extracción; y por otra, conviene
maximizar la concentración de esfuerzos sobre el nivel de hundimiento para producir la socavación y mejorar
la fragmentación del mineral.
La estabilidad en las labores de extracción ha sido optimizada mediante 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 las características del resto de las galerías componentes del sistema. La determinación de
la malla depende fundamentalmente de las características de la roca.
El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de las características de hundibilidad de la roca,
depende de los factores fundamentales que son:
A. La base del bloque deberá fracturarse completamente; si se quedaran pequeñas áreas sin quebrar,
ellas actúan como pilar, transmitiéndose grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de
producción, las que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente laestabilidad de las galerías del nivel de producción. Esto trae consigo un aumento 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 que impidan o afecten el proceso de socavación natural inmediata.
El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con un adecuado diseño de perforación especialmente,
con un correcto carguío de los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de un pilar, se interrumpe la
etapa de hundimiento, concentrando las actividades en eliminarlo completamente para poder continuar con la
secuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles puntos de apoyo del bloque, una vez
tronada la base, es necesario determinar previamente la altura que debe alcanzar la socavación producida por
la tronadura.
La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del
mineral con el estéril. El contacto mineral - estéril debe mantenerse según un plano bien definido que pueda
ser horizontal o inclinado.
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En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral comprendido por la zona de
explotación. Este coeficiente de recuperación depende principalmente de la forma en que se efectúa la
extracción del primer tercio de la producción del block.
DEFINICION
En explotación de minas se denomina "caving" a toda operación destinada aprovocar el hundimiento de la
roca, mediante la utilización de los esfuerzos naturales que ejercen los terrenos alrededor de la zona de
interés.
PRINCIPIO DEL METODO
Los esfuerzos que actúan en un lugar, y a cierta profundidad de un yacimiento, tienen su origen en el peso de
las rocas hasta la superficie, y en los fenómenos externos de un yacimiento, tales como : Movimientos
"horizontales, debido a movimientos de placas en la corteza terrestre. Todo macizo rocoso permanece en
equilibrio mientras no se cree una cavidad lo suficientemente extensa en su interior, de modo de romper el
equilibrio existente, creando una redistribución de esfuerzos 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 la resistencia de la roca, no es lo suficiente para soportar el cambio de solicitación,
ésta socavará hasta llenar la cavidad con material fragmentado de distintas densidades. Una vez llena la
cavidad se genera una fuerza de reacción que restablece el equilibrio.
Si se extrae el mineral fragmentado, a medida que se socava, el equilibrio no se restablece y la socavación
continuará hasta la superficie.
El Block Caving se basa en éste principio, el cual consiste en crear una cavidad de manera que la dinámica de
desplome no se detenga, extrayendo el mineral por una malla de puntos ubicados en la base del block.
El método de explotación por Block Caving se define luego, como el derrumbamiento de bloques por corte
inferior, el mineral se fractura y fragmenta gracias a las tensiones internas y efecto de la gravedad. Por
consiguiente se necesita un mínimo de perforación y tronadura en la extracción del mineral.
La palabra bloque está referida al sistema de explotación, en que el yacimiento se divide en grandes bloques
de varios miles de metros cuadrados. Cada bloque se corta por la zona inferior; es decir, se excava
practicando una ranura horizontal mediante tronadura.
De ésta forma queda sin apoyo el mineral que está por encima (millones de toneladas) y las fuerzas de
gravedad que actúan sobre ésta masa producen una fractura sucesiva que afecta al bloque completo. Por
último y debido a las tensiones de la roca, se produce la fragmentación del material, el cual puede extraerse
por medio de piques o mediante cargadores.
CAMPO DE APLICACION
Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer
depósitos profundos, masivos, de bajas leyes 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 bajos costos de minas.
Este método se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en general, yacimientos de alto
tonelaje, que cubren una extensa área y son muy potentes. Usualmente, la producción está en un rango de
10.000 tons. a 100.000 tons. por dia.
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Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en cualquier tipo de roca no demasiado
resistente a la tracción y cualquiera que sean las caracteristicas de la roca encajadora, pero es preferíble que la
resistencia de la roca que se explota sea menor que la de la roca encajadora.
La explotación por Block Caving, es un método económico bajo condiciones favorables. El extenso trabajo de
desarrollo que tal explotación conlleva y el tiempo que se emplea hasta alcanzar la plena capacidad de
producción, son los inconvenientes de partida. Por otra parte existen ciertos riesgos de derrumbamientos y
fragmentación, que están fuera de los controles de mineria.
En general, los yacimientos más favorables para la aplicación del método de hundimiento por bloques son los
grandes intrusivos de cobre porfirico, yacimientos de Hierro, tanto sedimentarios como intrusivos, etc. Estos
depósitos deberán estar ubicados a gran profundidad y deberán poder ser extraidos a costos inferiores que por
un método a cielo abierto. Los depósitos deben tener grandes reservas, cubrir un área extensa y tener una
altura relativamente grande. La mayoria de estos depósitos se explotan a gran escala durante un periodo
bastante largo, de tal forma que justifiquen la gran inversion requerida para ponerlos en producción.
CARACTERISTICAS DE LA EXPLOTACION POR HUNDIMIENTO
La explotación por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajadora está
fracturada bajo condiciones más o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona de
hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante el establecer
un proceso de fracturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas no soportadas, presentan
un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento
de la explotación.
Las caracteristicas de la roca constituyen el factor esencial del comportamiento del mineral frente al
hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineral presente una
granulometria adecuada.
La fragmentación de la roca es provocada más por las fatigas de tracción que por las de compresión, de modo
que la tendencia será de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este
tiene la ventaja de evitarla mezcla del mineral útil con el material proveniente de la roca encajadora.
En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el
nivel de producción y pilar de protección, para mantener estables galerías de extracción; y por otra, conviene
maximizar la concentración de esfuerzos sobre el nivel de hundirniento para producir la socavación y mejorar
la fragmentación del mineral.
La estabilidad en las labores de extracción ha sido optimizada mediante 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 las caracteristicas del resto de las galerías componentes del sistema. La determinación dela malla depende fundamentalmente de las caracteristicas de la roca.
El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de las caracteristicas de hundibilidad de la roca,
depende de los factores fundamentales que son :
a) La base del bloque deberá fracturarse completamente. Si quedaran pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúancomo pilar, transmitiéndose grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de producción, las que
pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de las galerias del
nivel de producción. Esto trae consigo un aumento importante en los costos de extracción.
b) La altura de socavación inicial proporcionada por la tronadura, debe ser tal que nose produzcan puntos de
apoyo del bloque que impidan o afecten el proceso desocavación natural inmediata.
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El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con un adecuado diseño de perforación y,
especialmente, con un correcto carguio de los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de un pilar, se
interrumpe la etapa de hundimiento,concentrando las actividades en eliminario completamente, para poder
continuar con la secuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles puntos de apoyo delbloque, una vez tronada la base, es necesario determinar previamente la altura que debe alcanzar la
socavación producida por la tronadura.
La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del
mineral con el estéril. El contacto mineral-estéril debe mantenerse según un plano bien definido que pueda ser
horizontal o inclinado.
En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral comprendido por la zona de
explotación. Este coeficiente de recuperación depende principaimente de la forma en que se efectúa la
extracción del primer tercio de la producción del block.
ANTECEDENTES DEL METODO BLOCK CAVING
La explotación de un área se hace siguiendo uno de los siguientes esquemas:
1. Dividiendo el área en bloques cuadrados o rectangulares cuya dimensión mínima se relaciona con la
hundibilidad de la roca y la máxima se diseña en función de parámetros operacionales y económicos.
En este tipo de diseño deberán crearse barreras o pilares 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 largo del área y se dejará una barrera de contención o pilar para impedir que el
estéril del panel agotado diluya el mineral de la nueva explotación una vez hundido el panel. 3. Manteniendo un hundimiento continuo en ambas direcciones sin dejar barreras ni pilares. Este frente
de hundimiento continuo impide la formación de puntos o líneas de alta presión y, por lo tanto, se
tendrá menos problemas de estabilidad. Además permite una amplia flexibilidad para variar losritmos de producción fijados.
Una vez definido el bloque para su explotación se inician los trabajos de 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 la disposición geométrica de los puntos por
donde se extrae el mineral en el nivel de producción de un sistema por "Block Caving".
En la zona que se está explotando, la extracción se hace a través de muchos puntos dispuestos en una malla
que cubre el área hundida.
Para el diseño de estas mallas de extracción, se han usado diferentes formas: cuadradas, rectangulares,
triangulares.
La separación de los puntos de extracción depende fundamentalmente de la granulometría del mineral
obtenido, de la socavación natural y de los equipos usados para la extracción.
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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 de explotación, se enfocan en los siguientes
aspectos:
• Gasto de Capital y tiempo requerido para poner una operación de explotación, 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 las características físicas del depósito para
su extracción, y con la posición financiera a la operación minera.
Una diferencia en los sistemas, es la forma que se realiza el avance del hundimiento. En el LHD se hace
avanzado por paneles y en el tradicional por bloques. Otras diferencias están en el diseño de extracción y
traspaso, debido principalmente a la granulometría.
ALTURA DE SOCAVACIÓN
La altura de socavación se define como la distancia vertical existente entre el piso del nivel de hundimiento y
la base suspendida del bloque resultante de la Tronadura.
En la práctica, la altura de socavación así definida debe superar a la altura del cono formado por el ángulo de
reposo del mineral. Lo que se pretende es evitar que la roca fracturada que se acumula a partir del espacio
limitado por los bordes de las chimeneas, no alcance una altura de socavación producida por la tronadura, ya
que de ser así, la roca acumulada serviría de apoyo al bloque cuya base se ha socavado impidiendo o
dificultando el desplome posterior.
La altura del cono formado por el ángulo de reposo depende fundamentalmente de la distancia entre los
puntos de extracción, ya que, mientras más grande sea ésta, mayor será la base del cono y por ende su altura.
Este factor en la práctica está limitado por el alcance de la barrenadura, ya que a medida que aumenta la altura
del cono, de mayor longitud habrán de ser las perforaciones necesarias para superarla.
La altura del cono también depende en menor escala, de la granulometría del mineral, mientras más fina seformarán conos de menor altura, y a la inversa colpas de mayor tamaño formarán conos de mayor altura.
ALTURA OPTIMA DEL BLOCK.
En depósitos de gran altura la explotación se hace en diferentes niveles a medida que se agotan los niveles
superiores. La separación de dos niveles sucesivos está asociada al tonelaje que se extrae por cada punto de
extracción y en consecuencia se relacionará con la vida o utilización que tendrá la infraestructura del nivel.
Debido al alto costo que representa la preparación de un nivel de producción y de un bloque en particular, es
porque la altura del bloque, es una de las decisiones más importantes de la planificación en la explotación por
hundimiento y por lo cual se invierten fuertes recursos de ingenieria antes de decidir la altura óptima.
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La altura de los bloques, a variado sustancialmente desde las primeras aplicaciones del método sin embargo,
en las últimas aplicadas ésta a permanecido prácticamente invariable en la mayoria de las faenas mineras.
Podemos decir que el gran desafio que ha impuesto el bajo precio de los metales en el último tiempo,
asociado a los nuevos antecedentes entregados por la moderna ciencia de la mecanica de roca, nos ha hechocuestionar los diseños tradicionales y considerar altemativas de alturas de bloques que hasta hace pocos años
habian sido consideradas prohibitivas.
Aunque la variación de las alturas usadas es muy grande, se ha podido establecer una tendencia a aumentar la
altura de las columnas mineralizadas en los altimos años.
La altura de la columna mineralizada se justifica en lo siguiente :
• Para justificar los altos costos de desarrollos primarios y secundarios.
• Para asegurar una buena socavación.
Los principales factores que tienen directa relación con la altura de los 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 o sectores en los cuales la competencia de
la roca permite principalmente usar fuerzas de gravedad como método de traspaso de mineral.
El grado de fracturamiento obtenido permite la utilización de embudos, los cuales se encuentran conectados a
buitras en donde la distribución y traspaso de mineral es controlado por buitreros.
La utilización de estas variantes esta aún vigente en el sector Teniente3, lsia Estandars, Quebrada Teniente.
sector principalmente son mineral secundario, utilizando una malla de extracción de 10 x 10. ( fig. 6.1 )
( fig. 6.1 )
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(fig. 6.15)
Método Block Caving con Reducción Mecanizada
La diferencia fundamental con la variante anterior corresponde la utilización de un martillo picador como unaforma de distribución y reducción de tamaño del mineral en el pto. de extracción, debido a una mayor
competencia de la roca las colpas de mayor tamaño también lleva asociada una variación del diseño minero,
la que se ve materializada en la construcción de zanjas y reforzamiento de los puntos de extracción. ( fig. 6.2 )
( fig. 6.2 )
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Método Block Caving Extracción con Scraper
Cuando el limite inferior de la mineralización llega hasta el nivel de transporte o cercano a él, una
infraestructura de pique de traspaso requiere de una cantidad considerable de metros en la extensión vertical,
por lo que se prefiere utilizar este sistema, reduciendo asi la 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)
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GALERIA DE ARRASTRE CON CHIMENEA INTERMEDIA VERTICAL HASTA
EL AVANCE DE TRANSPORTE SECUNDARIO
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Método Panel Caving (Block Caving Extracción Mecanizada (LHD))
La disminución paulatina de áreas con mineral secundario requirió de un diseño y metodologia tendiente a
explotar satisfactoriamente la reservas de mineral primario, una estrategia de solucionar los problemas
vislumbrados debido al tipo de fracturamiento del mineral (colpas de mayor tamaño) y la baja productividad
del método convencional.
Lo anterior condujo a definir el diseño del método de explotación Panel Caving. En este sistema de
explotación el concepto de bloques es reemplazado por la unidad básica de producción , que corresponde a un
numero de puntos de vaciado en donde un equipo LHD opera.
El hundimiento o incorporación de nuevas áreas a la producción es realizado en forma continua, por puntos de
extracción, a diferencia con el método convencional en donde el hundimiento es realizado en forma discreta.
Sus Principales características de diseño consideran la utilización de zanjas (15 mts de largo, 12 mts de ancho
en su parte superior) en reemplazo de los buzones, en el nivel de producción existe una serie de galerías
paralelas (calles) separadas 30 metros entre si cuya sección generalmente es de 3,6 x 3,6 mt, las que son
interceptadas cada 15 mts. por estocadas de carguio de sección similar en un ángulo de 60 grados, que permite
una mayor facilidad de movimiento al equipo LHD. con esto la malla de extracción posee dimensiones de
17,32 x 15 con un área de influencia de 260 mt cuadrados por punto de extracción.
Las dimensiones de las colpas requieren de la construcció de un nivel de reducción intermedio, entre el nivel
de producción y el nivel de transporte , en donde las cámaras de picado, los martillos picadores estacionarios
o semi-móviles reducen de tamaño las colpas antes deser enviadas al nivel de transporte.
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La implementación de este método esta vigente en los siguiente sectores : Teniente 4 LHD (33.000 TPD),
Regimiento (7.000 TPD), lsla Martillo (4.800 TPD) y posterior se utilizara en los proyectos Esmeralda
(45.000 TPD), Diamante Norte y Diamante Sur (45.000 TPD). ( fig. 6.4 )
METODO DE EXPLOTACION PANEL CAVING ( fig.6.4 )
BLOCK CAVING - PANEL CAVING
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FORTIFICACION PUNTO DE EXTRACCION Y VICERA NIVEL DE
PRODUCCION
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NIVEL DE PRODUCCION LHD ESQUEMA DEL SISTEMA DE
EXTRACCION DE MINERAL
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SISTEMA DE EXTRACCION MARTILLOS PICADORES SEMI-MOVILES
INDICE DE HUNDIBILIDAD
La hundibilidad es uno de los aspectos críticos para la factibilidad de explotación por le método Block
Caving, por ello existe un índice para predecir ésta hundibilidad.
Resulta obvio que un índice de éste tipo debe estar basado en el mecanismo que controla el proceso dehundimiento y factores geomecánicos de mayor relevancia, los cuales para su utilización en el índice, 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
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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 acuerdo a 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:
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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
Moderada
Blanda
1
2
3
4
32500 + - 2500
22500 + - 7500
10000 + - 5000
2500 + - 25000