BLOCK CAVINGCARACTERSTICAS DE LA EXPLOTACIN POR HUNDIMIENTO La explotacin por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajadora est fracturada bajo condiciones ms o menos controladas. La extraccin del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante el establecer un proceso de fracturacin continuo y completo, ya que las cavidades subterrneas no soportadas, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de la explotacin. Las caractersticas de la roca constituyen el facto esencial del comportamiento del mineral frente al hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que adems el mineral presente una granulometra adecuada. La fragmentacin de la roca es provocada ms por las fatigas de traccin que por las de compresin, de modo que la tendencia ser de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de evitar la mezcla del mineral til con el material proveniente de la roca encajadora. En la explotacin por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el nivel de produccin y pilar de proteccin, para mantener estables galeras de extraccin; y por otra, conviene maximizar la concentracin de esfuerzos sobre el nivel de hundimiento para producir la socavacin y mejorar la fragmentacin del mineral. La estabilidad en las labores de extraccin ha sido optimizada mediante una orientacin adecuada. Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado, tienen su inicio en el diseo de la malla, la cual determinar las caractersticas del resto de las galeras componentes del sistema. La determinacin de la malla depende fundamentalmente de las caractersticas de la roca. El xito en el hundimiento de un bloque, independiente de las caractersticas de hundibilidad de la roca, depende de los factores fundamentales que son:

A. La base del bloque deber fracturarse completamente; si se quedaran pequeas reas sin quebrar,ellas actan como pilar, transmitindose grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de produccin, las que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de las galeras del nivel de produccin. Esto trae consigo un aumento importante en los costos de extraccin. La altura de socavacin inicial proporcionada por la tronadura, debe ser tal que no se produzcan puntos de apoyo del bloque que impidan o afecten el proceso de socavacin natural inmediata.

B.

El primer caso, o sea, la formacin de pilares, se evita con un adecuado diseo de perforacin especialmente, con un correcto carguo 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 socavacin producida por la tronadura. La extraccin en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del mineral con el estril. El contacto mineral - estril debe mantenerse segn un plano bien definido que pueda ser horizontal o inclinado. En general, con el mtodo Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral comprendido por la zona de explotacin. Este coeficiente de recuperacin depende principalmente de la forma en que se efecta la extraccin del primer tercio de la produccin del block.

DEFINICION En explotacin de minas se denomina "caving" a toda operacin destinada aprovocar el hundimiento de la roca, mediante la utilizacin de los esfuerzos naturales que ejercen los terrenos alrededor de la zona de inters. PRINCIPIO DEL METODO Los esfuerzos que actan 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 fenmenos 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 redistribucin de esfuerzos en su alrededor. La estabilidad de sta cavidad depender de sus dimensiones, competencia de la roca y de los esfuerzos existentes en el rea. Si la resistencia de la roca, no es lo suficiente para soportar el cambio de solicitacin, sta socavar hasta llenar la cavidad con material fragmentado de distintas densidades. Una vez llena la cavidad se genera una fuerza de reaccin que restablece el equilibrio. Si se extrae el mineral fragmentado, a medida que se socava, el equilibrio no se restablece y la socavacin continuar hasta la superficie. El Block Caving se basa en ste principio, el cual consiste en crear una cavidad de manera que la dinmica de desplome no se detenga, extrayendo el mineral por una malla de puntos ubicados en la base del block. El mtodo de explotacin 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 mnimo de perforacin y tronadura en la extraccin del mineral. La palabra bloque est referida al sistema de explotacin, 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 sta forma queda sin apoyo el mineral que est por encima (millones de toneladas) y las fuerzas de gravedad que actan sobre sta masa producen una fractura sucesiva que afecta al bloque completo. Por ltimo y debido a las tensiones de la roca, se produce la fragmentacin del material, el cual puede extraerse por medio de piques o mediante cargadores. CAMPO DE APLICACION Bsicamente, el mtodo de explotacin Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depsitos profundos, masivos, de bajas leyes en CU,Mo, Fe. Hoy en dia, la produccin masiva de extraccin de menas subterrneas, bajo condiciones favorables, es una de las ms eficientes, con bajos costos de minas. Este mtodo se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa rea y son muy potentes. Usualmente, la produccin est en un rango de 10.000 tons. a 100.000 tons. por dia. Su campo de aplicacin es muy amplio. Se puede aplicar tericamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la traccin y cualquiera que sean las caracteristicas de la roca encajadora, pero es preferble que la resistencia de la roca que se explota sea menor que la de la roca encajadora. La explotacin por Block Caving, es un mtodo econmico bajo condiciones favorables. El extenso trabajo de desarrollo que tal explotacin conlleva y el tiempo que se emplea hasta alcanzar la plena

capacidad de produccin, son los inconvenientes de partida. Por otra parte existen ciertos riesgos de derrumbamientos y fragmentacin, que estn fuera de los controles de mineria. En general, los yacimientos ms favorables para la aplicacin del mtodo de hundimiento por bloques son los grandes intrusivos de cobre porfirico, yacimientos de Hierro, tanto sedimentarios como intrusivos, etc. Estos depsitos debern estar ubicados a gran profundidad y debern poder ser extraidos a costos inferiores que por un mtodo a cielo abierto. Los depsitos deben tener grandes reservas, cubrir un rea extensa y tener una altura relativamente grande. La mayoria de estos depsitos se explotan a gran escala durante un periodo bastante largo, de tal forma que justifiquen la gran inversion requerida para ponerlos en produccin. CARACTERISTICAS DE LA EXPLOTACION POR HUNDIMIENTO La explotacin por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajadora est fracturada bajo condiciones ms o menos controladas. La extraccin del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante el establecer un proceso de fracturacin continuo y completo, ya que las cavidades subterrneas no soportadas, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de la explotacin. 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 adems el mineral presente una granulometria adecuada. La fragmentacin de la roca es provocada ms por las fatigas de traccin que por las de compresin, de modo que la tendencia ser de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de evitarla mezcla del mineral til con el material proveniente de la roca encajadora. En la explotacin por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el nivel de produccin y pilar de proteccin, para mantener estables galeras de extraccin; y por otra, conviene maximizar la concentracin de esfuerzos sobre el nivel de hundirniento para producir la socavacin y mejorar la fragmentacin del mineral. La estabilidad en las labores de extraccin ha sido optimizada mediante una orientacin adecuada. Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado, tienen su inicio en el diseo de la malla, la cual determinar las caracteristicas del resto de las galeras componentes del sistema. La determinacin de la malla depende fundamentalmente de las caracteristicas de la roca. El xito 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 deber fracturarse completamente. Si quedaran pequeas reas sin quebrar, ellas actan como pilar, transmitindose grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de produccin, las que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de las galerias del nivel de produccin. Esto trae consigo un aumento importante en los costos de extraccin. b) La altura de socavacin inicial proporcionada por la tronadura, debe ser tal que nose produzcan puntos de apoyo del bloque que impidan o afecten el proceso desocavacin natural inmediata. El primer caso, o sea, la formacin de pilares, se evita con un adecuado diseo de perforacin 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 del bloque, una vez tronada la base, es necesario determinar previamente la altura que debe alcanzar la socavacin producida por la tronadura.

La extraccin en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del mineral con el estril. El contacto mineral-estril debe mantenerse segn un plano bien definido que pueda ser horizontal o inclinado. En general, con el mtodo Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral comprendido por la zona de explotacin. Este coeficiente de recuperacin depende principaimente de la forma en que se efecta la extraccin del primer tercio de la produccin del block. ANTECEDENTES DEL METODO BLOCK CAVING La explotacin de un rea se hace siguiendo uno de los siguientes esquemas:

1. Dividiendo el rea en bloques cuadrados o rectangulares cuya dimensin mnima se relacionacon la hundibilidad de la roca y la mxima se disea en funcin de parmetros operacionales y econmicos. En este tipo de diseo debern crearse barreras o pilares entre bloques hundidos para minimizar la dilucin. Diseando paneles que abarcan el rea desde un extremo a otro. En este caso el hundimiento es un proceso contino a lo largo del rea y se dejar una barrera de contencin o pilar para impedir que el estril del panel agotado diluya el mineral de la nueva explotacin una vez hundido el panel. Manteniendo un hundimiento continuo en ambas direcciones sin dejar barreras ni pilares. Este frente de hundimiento continuo impide la formacin de puntos o lneas de alta presin y, por lo tanto, se tendr menos problemas de estabilidad. Adems permite una amplia flexibilidad para variar los ritmos de produccin fijados.

2.

3.

Una vez definido el bloque para su explotacin se inician los trabajos de preparacin de galeras, que comprenden: Galera de transporte Galera de traspasos Galera de hundimiento Galeras de produccin Galeras de ventilacin, etc.

MALLA DE EXTRACCIN Se entiende por malla de extraccin o tambin malla de tiraje, a la disposicin geomtrica de los puntos por donde se extrae el mineral en el nivel de produccin de un sistema por "Block Caving". En la zona que se est explotando, la extraccin se hace a travs de muchos puntos dispuestos en una malla que cubre el rea hundida. Para el diseo de estas mallas de extraccin, se han usado diferentes formas: cuadradas, rectangulares, triangulares. La separacin de los puntos de extraccin depende fundamentalmente de la granulometra del mineral obtenido, de la socavacin natural y de los equipos usados para la extraccin. FLUJO DE EXTRACCION DEL MINERAL Los tres mtodos bsicos de flujo de extraccin del mineral, comnmente usados en la actualidad son: Flujo gravitacional Flujo mediante Scraper Flujo mediante equipos LHD.

El tipo de flujo del material, diseado para una operacin de explotacin, se enfocan en los siguientes aspectos: Gasto de Capital y tiempo requerido para poner una operacin de explotacin, se enfocan en los siguientes aspectos: Productividad, eficiencia y costos de operaciones. Grado de seguridad en la produccin Porcentaje de recuperacin del depsito, tanto en tonelaje como en ley.

Fundamentalmente el tipo de flujo usado debe ser compatible con las caractersticas fsicas del depsito para su extraccin, y con la posicin financiera a la operacin 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 estn en el diseo de extraccin y traspaso, debido principalmente a la granulometra. ALTURA DE SOCAVACIN La altura de socavacin 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 prctica, la altura de socavacin as definida debe superar a la altura del cono formado por el ngulo 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 socavacin producida por la tronadura, ya que de ser as, la roca acumulada servira de apoyo al bloque cuya base se ha socavado impidiendo o dificultando el desplome posterior. La altura del cono formado por el ngulo de reposo depende fundamentalmente de la distancia entre los puntos de extraccin, ya que, mientras ms grande sea sta, mayor ser la base del cono y por ende su altura. Este factor en la prctica est limitado por el alcance de la barrenadura, ya que a medida que aumenta la altura del cono, de mayor longitud habrn de ser las perforaciones necesarias para superarla. La altura del cono tambin depende en menor escala, de la granulometra del mineral, mientras ms fina se formarn conos de menor altura, y a la inversa colpas de mayor tamao formarn conos de mayor altura. ALTURA OPTIMA DEL BLOCK. En depsitos de gran altura la explotacin se hace en diferentes niveles a medida que se agotan los niveles superiores. La separacin de dos niveles sucesivos est asociada al tonelaje que se extrae por cada punto de extraccin y en consecuencia se relacionar con la vida o utilizacin que tendr la infraestructura del nivel. Debido al alto costo que representa la preparacin de un nivel de produccin y de un bloque en particular, es porque la altura del bloque, es una de las decisiones ms importantes de la planificacin en la explotacin por hundimiento y por lo cual se invierten fuertes recursos de ingenieria antes de decidir la altura ptima. La altura de los bloques, a variado sustancialmente desde las primeras aplicaciones del mtodo sin embargo, en las ltimas aplicadas sta a permanecido prcticamente 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 ltimo tiempo, asociado a los nuevos antecedentes entregados por la moderna ciencia de la mecanica de roca, nos ha hecho cuestionar los diseos tradicionales y considerar altemativas de alturas de bloques que hasta hace pocos aos habian sido consideradas prohibitivas. Aunque la variacin de las alturas usadas es muy grande, se ha podido establecer una tendencia a aumentar la altura de las columnas mineralizadas en los altimos aos.

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 socavacin.

Los principales factores que tienen directa relacin con la altura de los bloques son : 1. Amortizaci6n de la infraestructura. 2. Estabilidad del nivel de produccin. 3. Dilucin y perdida de mineral. 4. Distribucin de leyes en altura. 5. Fragmentacin. 6. Planificacin. 7. Riesgo de no extraccin. 8. Experiencia mundial. Mtodo Block Caving Extraccin Gravitacional : Esta variante del mtodo de explotacin es aplicable a yacimientos o sectores en los cuales la competencia de la roca permite principalmente usar fuerzas de gravedad como mtodo de traspaso de mineral. El grado de fracturamiento obtenido permite la utilizacin de embudos, los cuales se encuentran conectados a buitras en donde la distribucin y traspaso de mineral es controlado por buitreros. La utilizacin de estas variantes esta an vigente en el sector Teniente3, lsia Estandars, Quebrada Teniente. sector principalmente son mineral secundario, utilizando una malla de extraccin de 10 x 10. ( fig. 6.1 ) ( fig. 6.1 )

(fig. 6.15)

Mtodo Block Caving con Reduccin Mecanizada La diferencia fundamental con la variante anterior corresponde la utilizacin de un martillo picador como una forma de distribucin y reduccin de tamao del mineral en el pto. de extraccin, debido a una mayor competencia de la roca las colpas de mayor tamao tambin lleva asociada una variacin del diseo minero, la que se ve materializada en la construccin de zanjas y reforzamiento de los puntos de extraccin. ( fig. 6.2 ) ( fig. 6.2 )

Mtodo Block Caving Extraccin con Scraper Cuando el limite inferior de la mineralizacin llega hasta el nivel de transporte o cercano a l, una infraestructura de pique de traspaso requiere de una cantidad considerable de metros en la extensin vertical, por lo que se prefiere utilizar este sistema, reduciendo asi la distancia entre el nivel de produccin 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 HASTA EL AVANCE DE TRANSPORTE SECUNDARIO

Mtodo Panel Caving (Block Caving Extraccin Mecanizada (LHD)) La disminucin paulatina de reas con mineral secundario requiri de un diseo 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 tamao) y la baja productividad del mtodo convencional. Lo anterior condujo a definir el diseo del mtodo de explotacin Panel Caving. En este sistema de explotacin el concepto de bloques es reemplazado por la unidad bsica de produccin , que corresponde a un numero de puntos de vaciado en donde un equipo LHD opera. El hundimiento o incorporacin de nuevas reas a la produccin es realizado en forma continua, por puntos de extraccin, a diferencia con el mtodo convencional en donde el hundimiento es realizado en forma discreta. Sus Principales caractersticas de diseo consideran la utilizacin de zanjas (15 mts de largo, 12 mts de ancho en su parte superior) en reemplazo de los buzones, en el nivel de produccin existe una serie de galeras paralelas (calles) separadas 30 metros entre si cuya seccin generalmente es de 3,6 x 3,6 mt, las que son interceptadas cada 15 mts. por estocadas de carguio de seccin similar en un ngulo de 60 grados, que permite una mayor facilidad de movimiento al equipo LHD. con esto la malla de extraccin posee dimensiones de 17,32 x 15 con un rea de influencia de 260 mt cuadrados por punto de extraccin. Las dimensiones de las colpas requieren de la construcci de un nivel de reduccin intermedio, entre el nivel de produccin y el nivel de transporte , en donde las cmaras de picado, los martillos picadores estacionarios o semi-mviles reducen de tamao las colpas antes deser enviadas al nivel de transporte. La implementacin de este mtodo 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

FORTIFICACION PUNTO DE EXTRACCION Y VICERA NIVEL DE PRODUCCION

NIVEL DE PRODUCCION LHD ESQUEMA DEL SISTEMA DE EXTRACCION DE MINERAL

SISTEMA DE EXTRACCION MARTILLOS PICADORES SEMI-MOVILES

INDICE DE HUNDIBILIDAD La hundibilidad es uno de los aspectos crticos para la factibilidad de explotacin por le mtodo Block Caving, por ello existe un ndice para predecir sta hundibilidad. Resulta obvio que un ndice de ste tipo debe estar basado en el mecanismo que controla el proceso de hundimiento y factores geomecnicos de mayor relevancia, los cuales para su utilizacin en el ndice, deben ser medidos y cuantificados. Estos factores son: R.Q.D. Estado de Esfuerzo In-Situ Ensayo de carga puntual Ensayo de Masa de Friccin R.Q.D (%) 0 - 25 25 - 50 50 - 75 Calidad de la roca Roca muy mala Roca mala Roca regular

75 - 90 90 - 100

Roca buena Roca excelente

La interpretacin en trmicos de hundibilidad es de acuerdo a la siguiente clasificacin: 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 despus del polvorazo.

Coeficiente 0 - 4.5 4.6 - 6.5 6.6 - 8.5 8.6 - 10.5 10.6 - 12.0

clasificacin Muy bajo Bajo Mediano Alto Muy alto

Para conocer el ndice se requiere de los antecedentes de: Fracturamiento Dureza Litologa Todos referidos a la base del bloque, y entregados por geologa.

FRECUENCIA DE FRACTURAS Fracturamiento Dbil Moderado Fuerte Intenso Grado 1 2 3 4 F/m 4 4 - 10 11 - 24 20

DUREZA Dureza Muy dura Dura Moderada Blanda Grado 1 2 3 4 Lb/pulg2 32500 + - 2500 22500 + - 7500 10000 + - 5000 2500 + - 25000

Litologa: Se refiere al tipo de roca existente en un sector

Resumen del Mtodo 1. Geometra Yacimiento Forma Potencia Buzamiento Tamao Regularidad 2. Aspectos Geotcnico Resistencia (Techo) Resistencia (Mena) Fracturacin (Techo) Fracturacin (Mena) del Aceptable Cualquiera Grande Cualquiera Grande Media Aceptable