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7/30/2019 BLOCK CAVING.docx

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Block Caving

Condiciones de aplicacin

El mtodo de block caving se aplica, casi sin excepcin, en yacimientos masivos degrandes dimensiones, como son por ejemplo, los depsitos minerales diseminadosconocidos con el nombre de cobres porfdicos, de gran ocurrencia e importanciaeconmica en nuestro pas. Tambin es posible su aplicacin en cuerpos de formatabular de gran espesor. Sus mejores condiciones de aplicacin se dan en rocasmineralizadas relativamente incompetentes, con un alto ndice de fracturas, que sehunden con facilidad quebrndose en fragmentos de tamao reducido. Sin embrago,la tecnologa disponible hoy en da permite tambin su aplicacin en macizos rocososque presentan alta resistencia a fragmentarse. Es muy deseable o casi imprescindibleque los lmites del depsito sean regulares y que la distribucin de leyes sea uniforme.Este mtodo no permite la explotacin selectiva o marginal de cuerpos pequeos,como a la inversa, tampoco es posible separar sectores de baja ley incluidos dentrodel macizo mineralizado.


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Principios

En lo esencial, este mtodo consiste en inducir el hundimiento de una columnamineralizada, socavndola mediante la excavacin de un corte basal, proceso que serealiza aplicando las tcnicas convencionales de perforacin y tronadura.

Los esfuerzos internos pre-existentes en el macizo rocoso (gravitacionales ytectnicos), ms los inducidos por la modificacin de sus condiciones de equilibriodebido al corte basal, generan una inestabilidad en la columna de roca o lozainmediatamente superior. Esta se desploma parcialmente rellenando el vaco creado yla situacin de equilibrio tiende a reestablecerse.

El mineral derrumbado se extrae por la base a travs de un sistema de embudos ozanjas recolectoras excavados previamente, generando as nuevas condiciones deinestabilidad. El fenmeno contina y el desplome o hundimiento de la columna sepropaga as sucesivamente hasta la superficie, proceso que en la terminologa minerase denomina subsidencia.

El proceso termina cuando se ha extrado toda la columna mineralizada. El materialestril sobrepuesto desciende tambin ocupando el vaco dejado y en la superficie seobserva la aparicin de un crter.

Dependiendo de su extensin vertical, el cuerpo mineralizado puede ser explotado apartir de uno o de varios niveles de produccin que se hunden sucesivamente en unasecuencia descendente. Las alturas de columna entre los noveles puede variar entre40 a 300 metros.

Se distinguen en la prctica dos modalidades de aplicacin de este mtodo:

1. Block Caving propiamente tal, en que cada nivel se subdivide en bloques virtualesde rea basal entre 3.600 m2 (60 x 60 m) a 10.000 m2 (100 x 100 m), que se hundensucesivamente en una secuencia discreta.

2. Panel Caving, que consiste en un hundimiento continuo de reas o mdulos deexplotacin de dimensiones menores.

Desarrollos

Nivel de produccin: conjunto de galeras paralelas espaciadas entre 15 a 30 mdonde se realiza la operacin de extraccin del mineral segn diversas modalidades.

Incluye las correspondientes galeras de acceso o cruzados de cabecera.

Nivel de hundimiento (UCL): conjunto de galeras paralelas espaciadas entre 15 a 30m a partir de las cuales se realiza la socavacin o corte basal de la columnamineralizada. Se ubica a una cota entre 7 a 20 m sobre el nivel de produccin. Incluyelas correspondientes labores de acceso o galeras de cabecera.

Embudos o zanjas recolectoras de mineral, brazos o estocadas de carguo. Se tratade excavaciones que conectan el nivel de produccin con el nivel de hundimiento, y


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que permiten o facilitan la extraccin del mineral.

Piques de traspaso: son labores verticales o inclinadas que conectan el nivel deProduccin con el nivel de transporte.


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Diseo

Simplificando bastante las cosas, en lo esencial, el diseo de un block caving lodetermina la clasificacin geomecnica del macizo rocoso a hundir, que se traduce enuna estimacin de la granulometra esperada del material producto del hundimiento.Numerosas investigaciones con modelos a escala, validadas por la prctica,concluyen que el dimetro de la columna que se extrae aisladamente por un punto deextraccin es proporcional al tamao del material. Si la extraccin o tiraje esinteractiva, vale decir, a partir de puntos de extraccin mltiples, ese dimetro puedeaumentar hasta 1,5 veces. En suma, la granulometra o tamao del productodetermina el espaciamiento mximo posible de la malla de extraccin, de modo quelos elipsoides de tiraje se intersecten. A su vez, dicho espaciamiento determina laconfiguracin geomtrica modular del sistema de labores.

Arranque

Slo se requiere perforacin y tronadura para socavar o cortar la base de la columna

mineralizada, corte de una altura que oscila entre 5 a 15 m. A esta operacin se ledenomina hundimiento, y se realiza con tiros radiales en abanico de 50 a 75 mm dedimetro barrenados con jumbos electro-hidrulicos. La longitud de estos tiros puedevariar entre unos 5 a 20 m.

Manejo de mineral

El resto de la columna se desploma y se fragmento por el efecto combinado de losesfuerzos naturales que actan sobre el macizo rocoso y el desequilibrio generadopor el proceso de socavacin basal.

Sistema convencional con extraccin manual. Se aplica en cuerpos mineralizados de

fcil hundibilidad, que se fragmentan generando un material o producto degranulometra fina a mediana.

o Las dimensiones de la malla de extraccin varan entre 7,5 x 7,5 m hasta unos12,0 x 12,0 m.o Operarios de extraccin o buitreros, como se les llama aqu en Chile,manipulan las compuertas emplazadas en el nivel de produccin, haciendocorrer el mineral a travs de una parrilla de control de tamao. Rendimientosnormales del orden de 150 a 500 [ton / hombre turno] segn el tipo de roca.o El material grueso que no pasa por la parrilla es reducido a golpes de mazo enla misma parrilla. Si el problema de atascamiento se produce en el embudo, se

recurre a pequeas cargas explosivas.o El mineral se traspasa directamente por gravedad a un nivel de transporte (FFCC, cintas transportadoras o camiones) a travs de sistemas de piquesramificados.

Extraccin mecanizada con scrapers. Se utiliza tambin para condiciones degranulometra fina a mediana, pero principalmente cuando el nivel de transporte seubica inmediatamente debajo o muy cerca del nivel de produccin.


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En cada galera de produccin se instala un scraper que arrastra el mineral (30a 60 m) hasta piques cortos ubicados en la cabecera del bloque, a travs de loscuales se carga directamente a carros de ferrocarril o tambin a camiones.o Los bolones que no es capaz de arrastrar la pala se reducen de tamao en lamisma galera mediante pequeas cargas explosivas. Extraccin mecanizada con equipos LHD. Se aplica cuando se trata de macizosrocosos competentes, poco fracturados, que se hunden generando fragmentos ocolpas de gran tamao. Se utilizan palas de 5 a 8 yardas cbicas de capacidad.o Las dimensiones de la malla de extraccin pueden variar en este caso entre12,0 x 12,0 m hasta unos 17,0 x 17,0 m.o Los equipos LHD extraen y cargan el mineral desde los puntos de extraccin ylo transportan hasta los puntos de traspaso regularmente distribuidos adistancias del orden de 80 a 120 m. Su rendimiento puede variar entre unas600 a 1.200 [ton/turno].o Las colpas de grandes dimensiones que la pala no es capaz de cargar sereducen de tamao en los mismos puntos de extraccin utilizando cargasexplosivas.

Un segundo control de tamao se realiza en los puntos de vaciado dotados deparrillas o alternativamente en un subnivel inferior en cmaras de picadoespecialmente dispuestas para estos fines. En ambos casos se utilizan martillospicadores estacionarios o semiestacionarios de accionamiento hidrulico.

La capacidad productiva del sistema de extraccin se mide o expresa en [ton / m2hundido x da]. Este ndice depende de las caractersticas de hundibilidad de lacolumna mineralizada, estimndose en la prctica como razonable valores promediocomprendidos entre 0,4 y 1,2 [ton / m2 hundido x da], incluyendo los puntos deextraccin fuera de servicio por reparaciones.

Ventilacin

El block caving es un mtodo que requiere un suministro intensivo de ventilacin, enespecial al nivel de produccin, donde se concentran un conjunto de operacionesaltamente contaminantes con presencia de personal: extraccin y traspaso (polvo);tronadura secundaria (gases); y tambin, en muchos casos, carguo y transporte conequipo disel (polvo y gases).

La solucin clsica es disponer un subnivel de ventilacin ubicado unos pocos metrosms abajo del nivel de produccin (15 a 30 m). Consiste en un conjunto de galerasparalelas coincidentes y alineadas con las galeras de cabecera o cruzados de acceso

a los bloques.

El aire fresco se inyecta a las galeras de produccin a travs de chimeneas, recorreestas galeras y retorna al subnivel de ventilacin por otras chimeneas similaresubicadas en la lnea de bloques siguiente.

Para tales efectos, es necesario disponer de tneles y/o piques principales deinyeccin y extraccin de aire, dotados de los correspondientes ventiladores. Estaslabores forman parte de lo que se denomina infraestructura general de la mina.


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Fortificacin

El principal problema dice relacin con la estabilidad de las labores del nivel deproduccin. Estas labores son sometidas a intensas solicitaciones inducidas por laredistribucin y concentracin de esfuerzos asociadas al proceso de hundimiento.

En presencia de roca poco competente con buenas caractersticas de hundibilidad,donde es posible aplicar un sistema de extraccin manual con galeras de seccinpequea (2,4 x 2,4m), la solucin ms socorrida y clsica consiste en una fortificacinsistemtica con marcos de madera.

En condiciones similares a las anteriores, pero con un sistema de extraccin conpalas de arrastre o scrapers, se utiliza por lo general un revestimiento continuo dehormign. Si las condiciones son menos rigurosas, puede ser suficiente un apernadoconjuntamente con malla de acero y shotcrete.

Cuando se trata de roca competente (granulometra gruesa), donde se aplica unsistema de extraccin mecanizado con equipos LHD, se requieren galeras de seccinms grande (4,0 x 3,6 m). En estos casos, dependiendo de las condiciones locales, serecurre a soluciones que contemplan progresivamente apernado sistemtico, malla deacero y shotcrete.

Las situaciones ms crticas se presentan en las intersecciones de las galeras deproduccin con los brazos de carguo y en las viceras de los puntos de extraccin.Para mantener su estabilidad se recurre, en la mayora de los casos, a fortificacincon marcos de acero y hormign armado.

Los piques de traspaso son tambin labores conflictivas que requieren una atencin

especial. Se recurre incluso a revestimientos con planchas de acero o rieles insertosen hormign.

Comentarios

En yacimientos masivos de baja ley, el mtodo por block caving hoy en da es el quepermite alcanzar la mayor capacidad productiva con el menor costo de explotacin (4a 5 US$/ton). En tal sentido, el caso de aplicacin ms relevante a nivel mundial es lamina El Teniente de Codelco Chile, con una produccin que supera las 100.000 tpd,lejos la mina subterrnea ms grande del mundo.

La tecnologa disponible en la actualidad permite su aplicacin en macizos rocosos delas ms diversas condiciones geomecnicas. No obstante, las bondades del diseominero dependen en gran medida del acierto en la estimacin de la granulometra delmaterial hundido. Las metodologas para tratar este problema no siempre conducen asoluciones correctas.

El mtodo acepta diferentes variantes, algunas de las cuales an se encuentran anivel de enunciado conceptual y otras en etapa de experimentacin o validacin aescala industrial. Las posibilidades de innovacin no estn agotadas.


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Permite una buena recuperacin de las reservas comprendidas dentro de los lmitesdel rea a hundir, pero su selectividad es prcticamente nula. La dilucin se puedemanejar dentro de lmites aceptables (< 10%) con un buen control de tiraje.

La preparacin de un rea a hundir requiere de un gran volumen de desarrollosprevios al inicio de la explotacin. Esto significa mayores plazos de puesta en marchay fuertes inversiones antes de producir.

Es un mtodo de escasa flexibilidad, que no acepta grandes modificaciones una veziniciada la produccin. Situaciones adversas no previstas o errores de apreciacin delas condiciones geomecnicas del macizo rocoso, pueden conducir al abandono o laprdida de reservas importantes.


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