DiseodeMinas Subterrneas

Minera a Cielo AbiertoGeneralmente aplicado a yacimientos de baja ley y superficialesRitmo de produccin >20,000 tpdModeradamente selectivo ya que posee la facilidad de vaciar el estril en botaderosDesafos en el diseoManejo de la razn estril/mineral y su evolucin en el tiempoUbicacin de las rampas de acceso y produccinDiseo de las flotas de equipos Estabilidad de las paredes del rajo

Minera SubterrneaUtilizado para yacimientos de mediana y alta leyRitmos de produccin 500-50000 tpdMs selectivo que el mtodo de cielo abierto excepto por los mtodos por hundimientoProblemas de diseo:Geometra de la mina subterrneaEstabilidad y soporteUbicacin de los accesosLogstica para el transporte y movimiento de mineral subterrneo

Componentes de una Mina SubterrneaAcceso horizontal (adit, Drift)Excavacin horizontal de acceso a la minaPiques (shafts) Excavacin vertical de acceso a la minaChimenea (Ore passes) Excavaciones sub-verticales dedicadas al traspaso de mineral, personas y en algunas ocasiones utilizadas como cara libreRampas (Declines or ramps)Son excavaciones horizontales orientadas en espiral con el propsito de conectar dos niveles o acceder a la minaCmaras (Stopes) Corresponden a unidades bsicas de explotacin de las cuales se extrae mineral. En algunos casos estas cmaras son rellenados con material estril.

Going underground ..Sinking a vertical shaft

Esquema de una Mina SubterrneaABABA, Breas ProductivasRampaAccesosNivelesSeccin TransversalSeccin Longitudinal

Esquema de una Mina SubterrneaAccesosreas ProductivasNivelesUnidades bsicas de explotacinPuntos o frentes de extraccin

A1A2A3A4PlantaPuntos de extraccinA1, A2A3, A4Acceso NivelPilarUnidades bsicas de explotacin

Definicin de MineralMineral es todo aquel porcin de un yacimiento minero que paga sus costos de produccin y el costo de oportunidadDefinicin econmicaSi embargo se debe disear con una envolvente econmica que pudiese contener material estril en su interiorCuerpo Mineralizado o MenaRoca de Caja

Parmetros Utilizados en el Diseo de Minas SubterrneasGEOLOGIAGeometraMacizo rocosoEstructuras de debilidadContinuidadEstabilidad: Hundibilidad/ EstabilidadDistribucin de la leyDilucin planeada y no planeadaRestricciones externas e internasRitmo deseado

GeometraTabularesIrregularesMasivos

Macizo RocosoRMR de la roca mineral y de cajaEs MUY relevante la distribucin de la calidad de macizo rocoso en la roca de caja y mineralDisear para los valores extremos y tambin los promediosPared Colgante (HW)Pared Pendiente (FW)2B2B2A4B4A3B

ContinuidadPerfil TransversalPerfil Longitudinal

Grficos de estabilidadJakubec and Laubscher(2000),Massmin

Minera SubterrneaEs slo un hoyo en la tierraExisten slo 3 mtodos de explotacin Soportados por pilares (recuperacin minera reducida)Artificialmente soportados o relleno (alto costo)Sin soporte o hundimiento: natural e inducido (alta incertidumbre)

Eleccin del Mtodo de ExplotacinDecisin Tcnico Econmica: Costos, beneficios, flujos de caja, inversiones, etc.Dependen de:UbicacinForma (geometra del cuerpo mineralizado)TamaoTopografa superficialProfundidad del cuerpo mineralTipo de mineralComplejidad y distribucin de la mineralizacinCaractersticas del macizo rocosoCalidad de la informacin de reservasInversiones asociadasClimaMedio AmbienteEtc.

Mtodos deExplotacin SubterrneosRoom & PillarNosoportadosArtificialmenteSoportadosNaturalmenteSoportadosSubLevelStopingBench & FillShrinkageStopingCut & FillSubLevelCavingBlock CavingCmaras Abiertas Mtodos deHundimiento Con uso de Relleno

Mtodos de Explotacin SubterrneosSoportadoPor PilaresArtificialmente Soportado con RellenoSin soporte o HundimientoRoom and PilarSublevel and Longhole stopingBench and FillstopingCut and Fill StopingShrinkage StopingVCRStopingLonwallMiningSublevelCavingBlockCavingDesplazamiento de la roca de cajaEnerga de deformacin almacenada en las proximidades de una excavacin

Room & Pillar(Cmaras y Pilares)Consiste en la explotacin de cmaras separados por pilares, que dan sostenimiento al techo.Explotacin Regular o Irregular.Mtodo Selectivo.Mecanizable

Manteo del manto < 30 (sub horizontales), >45 complica el uso de equipos mecnicos.Baja potencia, comnmente 2 a 20 [m], aunque el mtodo ha sido aplicado con xito en yacimientos de hasta 40 a 60 [m].Recuperacin regular.Camin deBajo perfilEquipo Jumbo2 brazosEquipo LHDMineral tronado

Room and PilarCuerpos mineralizados mantiformes y de baja potenciaLa calidad de la roca de caja y mineral deben ser competentes (2B)Se dejan pilares para mantener el techo y las paredes establesSe deben disear los pilares y las cmaras para maximizar la recuperacin de mineralCuerpos 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 MiningVariacin del mtodo de Room and PilarCuerpos 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, voladura, carguo y transporte del mineral se procede a rellenar la cmara 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

Sub Level StopingEl mineral es arrancado a partir de subniveles de explotacin mediante disparos efectuados en planos verticales.Tiros Radiales (SLS) o Paralelos (SLS-LBH).Queda una cmara vaca luego de la explotacin.El mineral se extrae a travs de estocadas de carguo (puntos de extraccin) perpendiculares a una zanja en la base del casern.Cuerpos masivos, vetas estrechas. Subverticales (buzamiento >60).Roca competente.Recuperacin altaEquipo DTHFerrocarrilZanja

Longhole and Sublevel Open StopingLonghole Open StopingSublevel Open Stoping

Longhole and Sublevel Open StopingEl cuerpo mineralizado es dividido en diferentes caserones separados por losas y murosLa productividad del cmara es proporcional a su tamaoLa estabilidad y dilucin de una cmara es inversamente proporcional a su tamaoSe utiliza open stoping en las siguientes condiciones:La inclinacin del cuerpo mineralizado excede el ngulo de reposo del mineralRoca de caja y mineral competente (2B)Cuerpo mineralizado de paredes regularesEl 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 dimetroLonghole open stoping requiere una mayor regularidad que el sub level stopingActualmente 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 telecomandadoBaja dilucin, menor a 8%Baja recuperacin menor a 75%Costo 12-25 $/tEn algunos casos se deben rellenar los caserones luego de extrado el mineral

Vertical Crater Retreat con Relleno VCRVCR Cmara Primaria VCR Cmara Secundaria

Vertical Crater Retreat VCR con RellenoSe 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 esfricaEste sistema de explotacin requiere la construccin de estocadas y puntos de extraccinLa secuencia de construccin es la siguienteNivel de transporteArreglo de galerias de produccinCorte basalNivel de perforacinPerforacin de tiros largos menor a 40 m en caso VCRLos disparos generan cortes de hasta 3mCosto 15-45 $/t dependiendo si se rellena o noDilucin 10%Recuperacin menor a 80%

Bench and Fill StopingAlternativo a VCRUtilizado en cuerpos de menor competencia mayor continuidad en la corridaAvoca

Shrincage StopingVetas 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 perforacinInfraestructura de produccin es requerida.Productividad menor a 4500 tpdAlta dilucin 30%Mediana recuperacin 85%Costoso y riesgoso

Cut and Fill MiningCuerpos mineralizados con orientacin vertical y potencias de 3 a 10 mLa roca de caja es generalmente de baja competencia (4A) y la roca mineral de baja a media (3B).Se realiza por subniveles de manera ascendenteLos caserones en explotacin se pueden separar por muros y losas de modo de aumentar la estabilidad del sistema mineroRellenos: hidrulicos colas de relave, material estril, ambos ms cemento, etc.Mtodo altamente selectivo, por lo tanto permite explotar cuerpos de baja regularidad y continuidad espacialBaja dilucin menor a 2%Alta recuperacin mayor a 90%Alto costo de produccin 40-150 $/tBaja productividad 200 a 4500 tpd

Overhand Cut and FillOverhand cut and fill se realiza con perforacin horizontal por sobre el material de rellenoUnderhand cut and fill: El mineral se encuentra por debajo de la zona rellena. Tpicamente se utiliza relleno de cementoEste mtodo comienza en el techo del deposito y trabaja descendentemente hasta el nivel de transporteSe 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 60-180 $/tSe utiliza en yacimiento de alta ley

Sublevel CavingSe utiliza en cuerpos mineralizados con orientacin vertical y alta potencia mayor a 40mLa roca de caja es de baja competencia y la roca mineral competente a medianaSe explota por subniveles donde se realizan en ciclo las operaciones unitarias de perforacin, tronadura, carguo y transporteConsiste 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 produccinProductividad 4000 a 20000 tpdCosto 7-12 $/tDilucin es alta hasta un 15%Recuperacin 75%

Block CavingCuerpos masivos con una proyeccin en planta suficiente para inducir el hundimiento de la rocaLa roca mineralizada a hundir debe ser medianamente competente 3A-4ALa roca estril de techo debe ser hundibleLa roca de caja puede ser competente como en el caso de pipas diamantiferasSe 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 produccinProductividad 12000 a 48000 tpdDilucin 20%Recuperacin 75%Costo 2.1-5$/t

Block Caving GravitacionalEl mineral escurre por el slo efecto de la gravedad.Nivel de precorte.Embudos receptores del mineral.Piques y chimeneas de traspaso.Nivel de transporte.Mediana recuperacin, alta dilucin.No requiere gran cantidad de desarrollos.Cuerpos masivos de gran extensin (volumen).

Block Caving Continuacin de RajoSource: SRK International Newsletter No. 28 ( with modification)Source: SRK International Newsletter No. 28 ( with modification)

Crter de Subsidencia

Underground Mining MethodsSelective methodsNarrow veinLonghole stopingCut and fillRoom and pillarLongwall stopingBulk methodsVertical crater retreatSublevel cavingBlock caving

Narrow Vein MiningVetas con potencias menores a 3mDiseo caso a casoSe alcanza mecanizacin en algunos casosAlto costo 100$/tUtilizados en depsitos de alta ley 20 ppm de oro

Minera de Vetas Angostas (Narrow Vein Mining)Gymbie Eldorado Mine, AustraliaVeta es 0.9 m de ancho La galera de perforacin es de 2.5 m de ancho

Subterrneo rajo abiertoParedes competentesForma estableMinera subterrnea abierta, sin techo

Open benching (rajo-subterrnea)

Cmaras abiertas sin pilaresOperacin de cmaras abiertas Macizo rocoso competenteHabilidad para remover los pilares

Relleno a CavingMina de oroBaja dilucin = rellenoNo factiblePor qu no hundir?Ahora a produccinBajo costoAlta utilidad

Diseo minero subterrneosLa mayora de los mtodos subterrneos fallanSe van en quiebra pronto despus de abrirSe deben repactar los documentos financieros con los bancosNo existe retorno sobre la inversinAlrededor de 30 de 35 minas de oro fallan a travs de los aos

Donde est el problemaLa ley y la meta sobre estimadaCostos subestimadosPrecio del metal optimista

Al multiplicar todos juntos el valor es menor de la mitad del original

Proceso que cierra el ciclo de diseoAsegurar de escoger un mtodo APROPIADO al contextoContinuo anlisis de la proporcin riesgo/ oportunidadAsegurar que la mineralizacin real es modeladaContinuidadVariabilidad geomtricaLey

Pasos en el proceso de evaluacinDe perfil a factibilidadAsegurarse que exista un modelo 3DIncluir decisiones de bajo riesgo

De perfil a factibilidadTormenta de ideas- todo en la mesaPerfil- cuantas minas se pueden evaluarConceptual- funciona todo (chequear)Pre factibilidad- va generar retornoEstar seguro que hay proyecto antes de anunciarFactibilidad final- solamente adherir detalles

Diseo subterrneo es 3DNo se puede disear en plantas y secciones promediosDebe representar la geometra real lo antes posible

Grficos de estabilidadModelos empricos son ms confiablesComparar peras con perasEl contexto de diseo es todo

ModelamientoModelar rocas como leyesInterpolar en el modelo de bloquesModelar estructuras separadamente

Ritmos de produccinMtodos de explotacinNmero de frentesDisponibilidad de infraestructura

Operaciones

Perforacin

Voladura

Carguio

Transporte

Fortificacin

Ventilacin

Operaciones

AntecedentesCuerpo vetiforme de 4m de potencia media con variaciones de hasta 1 mLa corrida es de 200m con quiebres en la geometra cada 40 m, producto de una zona de fallasMacizo rocosoRoca caja 5ARoca mineral 4ALey de oro 50 ppm y plata 200 ppmLa densidad de la roca es del orden de 2.9 t/m3

DiseoSe pide lo siguienteDiseo de perfil del mtodo de explotacinIndique las principales excavaciones del mtodo de explotacin y los accesosDefina el perfil de equipos a utilizarDefina la productividad, costos, recuperacin y dilucin esperada para este mtodo de explotacin.

***In general for underground mines:

Small output mines (4,000 tpd) - a main haulage level is used and all the ore is dropped to that haulage level via ore passes.

A level includes all the horizontal workings tributary to a shaft station. Ore excavated in a level is transported to the shaft to be hoisted to the surface.

Note the different types of drilling: development drilling to open up the orebody and exploration drilling to better define the limits of the orebody.

*Adicionalmente se puede realizar banqueo o perforacin frontal dependiendo de las caracteristicas estructurales de la roca y la potencia del cuerpo mineralizado*Vertical longholes are drilled from drives developed in the ore between two levels. The ore is then blasted using a charge that occupies a relatively small length of the hole, some distance from the bottom face. The blast creates downward facing craters and the broken ore is drawn from the stope on the lower level. The stope is then backfilled.

The method has a low explosive consumption.

**Cut-and-fill mining is applied for mining of steeply dipping orebodies, in strata with good to moderate stability, and a comparatively high grade mineralization. Cut-and-fill is therefore preferred for orebodies where with irregular shape and scattered mineralization. Cut-and-fill allows selective mining.*Sublevel caving is used to mine large orebodies with steep dip and continuation at depth. The ore Is extracted via sublevels which are developed in the orebody at a regular vertical spacing. Each sublevel has a systematic layout of parallel drifts, along or across the orebody. Longhole rigs drill the ore section above a drift. Blasting on each sublevel starts at the hanging wall and mining then proceeds toward the footwall. The blasting removes support for the hanging wall which collapses into the drift. Loading continues until it is decided that waste dilution is too high. Work then begins on a nearby drift heading with a fresh cave.

**Applicable to large, deep, low grade deposits. Often done to continue mining after open pit mining becomes uneconomic or impossible. However, some mines start as block cave operations; there are several of these in Chile. Rio Tinto is considering a block caving operation two km deep at the Resolution deposit to the east of Phoenix.

A grid of tunnels is driven under the orebody. The rock mass is then undercut by blasting. Ideally the rock breaks under its own weight. The broken ore is then taken from draw points. There may be hundreds of draw points in a large block cave operation.

Essentially block caving creates an underground inverted open pit. Surface subsidence can be a problem.

*Used for very narrow orebodies, as small as a half metre wide. Very selective method; waste rock is left in hanging wall and footwall. In a wide vein, a standard LHD can operate inside the drift. Slim-size machines including drill rigs, jumbos, and 2 m3 bucket LHDs, are available for working in drifts as narrow as 2.0 m.

*Narrow vein, longhole stope at Gympie Eldorado Mine, Gympie, Queensland (photograph by permission of Gympie Eldorado Mines).The drive is 2.5m wide and the stope is 0.9m wide.