Clase02_2011_I Exploracion y Desarrollo

F.Grimaldo/ Abril 2011

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica

Escuela Profesional de Ingeniería de MinasMI 115 Métodos de Explotación Subterránea

Ciclo 2011_I

PROGRAMAS DE EXPLORACION Y DESARROLLO

Por: Francisco Grimaldo




Ciclo 2011_I

EXPLORACION DE MINERAL

Las etapas de prospección y exploración tienen largos periodos de inversión con altos riesgos de fallar. Sin embargo, son necesarios hacerlas para asegurar el futuro de una operación minera.

Hemos visto en la clase de las etapas del proceso minero que una operación minera es soportada por el esfuerzo conjunto de geólogos, ingenieros de proyectos, geoquímicos, mineros, metalurgistas, químicos, abogados, y otros profesionales; que conducen a la decisión de convertir o no un yacimiento en mina.

Este proceso puede tener etapas de aceptación y retroceso, declinar, abandonar o redescubrir y desarrollar la operación, siendo esto función del cambio de muchas variables económicas, sociales, legales, tecnológicas, mejor conocimiento geológico, etc.




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OBJETIVO DE LA EXPLORACION

El objetivo principal de la exploración es encontrar depósitos de mineral económicos que incrementen el valor de la compañía a los accionistas a base de un concepto de continuidad operativa.

Para una empresa minera establecida el objetivo de la exploración es descubrir o adquirir nuevas reservas y recursos minerales para prolongar o incrementar la producción o la vida de la mina.

En el caso de empresas individuales o de exploración (juniors) el objetivo puede ser buscar un deposito para la venta, o ingresar a un joint venture con una empresa de operación mas grande.




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Es difícil clasificar los yacimientos, ya que sabemos que un yacimiento es diferente uno de otro, pero es necesario clasificarlos ya que ello nos permitirá seleccionar los métodos y hacer un modelo del diseño de la mina, así como una razonable secuencia de explotación, base fundamental de la planificación minera.

Desde un punto de vista morfológico, esto es de la forma del yacimiento y no de su tamaño o situación espacial, estos yacimientos mineros pueden ser clasificados por sus características geométricas en:

Isométricos, montañosos y masivosSedimentarios. Horizontes o capasColumnares, filonianos, verticales y profundosComplejos. Escamas tectónicas.Varios. Estructuras intermedias de las anteriores y especialmente los

criaderos aleatorios del tipo stockworks

CLASIFICACION DE YACIMIENTOS Y PROGRAMAS DE DESARROLLO




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Isométricos – Son aquellos depósitos masivos con unas dimensiones más o menos del mismo orden, similares, en todas las direcciones, con unos elevados potenciales de recursos. Son los casos de las grandes reservas como las minas de hierro, depósitos de bauxita, etc. En general se caracterizan por ser minerales muy abundantes en la corteza terrestre y que aflorando o casi permiten una gran explotación con larga vida y bajos costos.

Se podrían incluir entre ellos los grandes yacimientos de minerales metálicos con muy bajas leyes como los de cobre, piritas, zinc en formas de stockworks, que citaremos también entre los aleatorios.




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Sedimentarios : Horizontes o capas: Son los depósitos preferentemente extendidos en dos de las dimensiones, y en el sentido normal una extensión o potencia mucho más reducida, aunque se llegaran a sumar todas las capas u horizontes mineralizados, lo que en general supone unos más limitados recursos.

Son los casos de los yacimientos de carbón, fosfatos, sales, bauxita, etc., generalmente con unas estructuras producto de una sedimentación tranquila y regular, aunque posteriormente hayan sido deformados por la tectónica. Se suelen clasificar en función de la inclinación de los buzamientos en horizontales, inclinados a favor de ladera o en contra de la ladera, lo cual es muy importante a la hora del desarrollo y explotación minera..




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Columnares: filonianos son aquellos depósitos que se extienden preferentemente en una sola dirección, generalmente verticales o muy inclinados y en el sentido normal tienen una potencia limitada y una corrida extensa, y con un limitado volumen de recursos.

Son los casos de los filones de metales preciosos, de rocas industriales y de algunos minerales metálicos muy ricos, con una mayor o menor potencia.

Generalmente son formaciones de tipo ígneo o hidrotermal y con una tectónica muy accidentada. Han perdido parte de su importancia, no por su agotamiento en profundidad, sino por su difícil mecanización, que los ha sustituido por otros depósitos en los que se puede aplicar métodos más mecanizados, aunque las leyes de los yacimientos sean mucho más bajas.




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Complejos, cuando el depósito tiene unas dislocaciones o fallas geológicas que lo doblan con sinclinales y anticlinales sucesivos y que, evidentemente, se pueden dar en los anteriores, pero que fundamentalmente van a complicar la exploración, la evaluación de los recursos y posteriormente la explotación y su planificación.

Sin embargo cada día son más abundantes, aunque solo fuera porque su complejidad fueron abandonados o no considerados viable en épocas anteriores y por tanto tienen un importante futuro.

Estructuras intermedias de las anteriores, como las lentes o escamas, los filones, doblados, fallados o tectónicamente complicados e incluso invertidos.

Existe una muy variada representación entre combustibles, metales o minerales industriales de estructuras cada vez más difíciles y complejas con unas génesis mixtas de hidrotermalismo, tectónica y metamorfismo.




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CLASIFICACION CON RESPECTO A SU RELACION CON LA SUPERFICIE

Superficial o aflorante que han sido los más abundantes hasta el siglo pasado e incluso actualmente dan lugar al gran uso del método a tajo abierto.

Yacimientos en ladera, típico de las cuencas carboníferas donde la complicada tectónica los hizo aflorar.

Yacimientos bajo el agua, que vendrán a ser el reto minero en el siglo XXI por la explotación en el fondo del mar y de lagos. Se han explotado hace tiempo, pero a poca profundidad, como es el caso de los aluviones de metales preciosos, graveras o diamantes

A su vez y en relación con el relieve topográfico, estos yacimientos pueden clasificarse o subdividirse en:

1) Llanos2) Inclinados en colina3) Montañosos4) Bajo el agua (aluvial y submarina)




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La relación entre la superficie topográfica y la morfología del depósito determina la forma de exploración, el desarrollo, el método de explotación minera y las posibilidades de una mayor o menor mecanización. La posición relativa entre el depósito mineral y la superficie en cuanto a su profundidad permite clasificar los depósitos en:

Yacimientos superficiales, que afloran o que están a una profundidad pequeña (hasta 50/100 m). Puede definirse como minería superficial. Son los casos de la mayoría de las canteras.

Yacimientos profundos, que aflorando o no, se extienden, para la mayor parte de sus reservas, a profundidades superiores a los 100 m y que pueden hasta los 1 000 m. Es la denominada minería a cielo abierto.

En el caso del Perú, algunos yacimientos de este tipo han sido explotados con métodos subterráneos.

Para profundidades superiores y hasta los 4 000 m se utiliza la minería subterránea, como es el caso de la minería de oro en África del Sur.




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OBJETIVOS DE UN PROGRAMA DE DESARROLLO

Definir los principales criterios de los trabajos de desarrollo que se hacen a continuación de la etapa prospectiva y exploratoria con el objeto de cubicar reservas en una mina subterránea.




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Tipos de labores exploratorias

En esta etapa se hacen labores más sólidas y de mayor costo tales como:

Cortadas o cruceros

Galerías

Chimeneas

Piques

Con estas labores se pueden conocer mejor las leyes de mineral, el tipo de mineralización, se pueden hacer pruebas metalúrgicas.

Tipos de labores de desarrollo

Sirven para hacer un reconocimiento completo de las vetas y de los cuerpos mineralizados, se dimensionan y se obtienen muestras representativas de mineral.




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Crucero o cortada

Galería – sobre mineral

Chimenea

Nivel inferior

Nivel Superior

Pique

Bocamina

Bocamina

Rampa

Representación grafica de labores exploración y desarrollo




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1 ¿Por qué hacer el programa de desarrollo?

2 Razones específicas para completar el programa de exploración subterránea

3 Tipos de labores en los desarrollos

I. PROGRAMA DE DESARROLLO EN MINAS SUBTERRANEAS




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1. ¿POR QUE HACER UN PROGRAMA DE DESARROLLO?

• El programa de exploración necesita completarse con labores subterráneas.

• Las minas con un buen programa de desarrollos tienden a tener mayoreséxitos en su etapa de pre y producción (mejor definición de estructurasmineralizadas).

• Para que un proyecto minero sea bankable, deben cumplirse los estándaresde la industria y las correctas prácticas de ingeniería, y dentro de ello serequiere un programa de exploración y desarrollo subterránea.




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Objetivo labores de desarrollo

- Acceso al personal y equipo a la zona mineralizada

- Tener una vía para la extracción de mineral

- Reconocer y dimensionar las estructuras mineralizadas

- Apertura permanente

- Preparación para una futura explotación

- Cubicación de reservas




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Espaciamiento entre los niveles a desarrollar

Minado convencional Niveles entre 30 a 60 metrosMinado mecanizado completamente – Niveles entre 60 a 100 metros

Mientras más chimeneas tengamos en la delimitación del mineral tendremos una mayor certeza de las reservas de mineral.

Espaciamiento entre niveles de desarrollo

Del punto de vista económico buscaríamos que sea el mayor pero del punto de vista de la certeza conviene un menor espaciamiento. Por lo que debemos buscar un equilibrio.

H de 30 a 50 m

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Nivel 4

Chimenea

Mineral probado

Mineral probable

Longitud tajeo

El avance de una chimenea ejecutada convencionalmente tiene un avance de unos 30 metros por mes, pero a medida que la longitud sea mayor el avance es mas lento. Se usa también equipos mecanizados para hacer chimeneas. Ejm. Raise Borer, Trepadoras, etc.

La longitud del tajeo también ha de determinarse, por lo que debemos hacer un análisis técnico económico.




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Programas de desarrollo en mina subsuelo

Toneladas cubicadas (Probada/probable)Radio cubicación = -------------------------------------------------

metros desarrollados

Vetas angostas: desarrollos intensos y grandes longitudes Rc = 15 a 30 t/m.l.Vetas de mayor potencia: Rc = 50 a 100 t/m.l.Cuerpos mineralizados: Rc = mayores a 100 t/m.l.

Mina nueva, Rc = reservas determinadas/longitud total labores exploratorias

Mina en operación:

Rc = (Ganancia reservas/año) / (labores desarrolladas/año)

Saldo Reservas 2003 = Reservas 2003 – Mineral extraído 2004 – mineral desarrollos

Ganancia Reservas 2004 = Inventario Reservas 2004 – Saldo de Reservas del 2003




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Política de desarrollos en mina subsuelo

Pueden adoptarse políticas conservadoras o agresivas.

¿Cuántos metros desarrollar?

Ejemplo.

Mina que produce 420 tpd, trabaja 350 d/año = 147 000 tpa

Radio cubicación = 70 t/m.l.

Política conservadora: Solo reponer reservas Rc = 147,000/70 = 2100 ml

Política crecimiento: Multiplicar reservas Rc = (147,000/70) x 1.3 = 2730 m.l.




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2. RAZONES ESPECIFICAS PARA COMPLETAR EL PROGRAMA DE EXPLORACION SUBTERRANEA

Confirmar las reservas de mineral existentes

Definir los límites del cuerpo mineralizado

Obtener datos geotécnicos

Obtener muestra compósito de mineral representativa del yacimiento.

Probar métodos de minado

Medir los flujos de agua subterránea

Delinear la exploración futura

1ra

2da

3ra

4ta

5ta

6ta

7ta




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1ra. Razón específica

Confirmar las reservas de mineral existente

Las perforaciones diamantinas desde superficie permiten una limitada medición de lasreservas de mineral en tres dimensiones (3D).

Ningún depósito de mineral subterráneo puede ser clasificado como “probado”, si es que nose tiene las mediciones en 3D, por lo que se requiere confirmar la continuidad de los límitesde mineral. Por ello son necesarias las labores exploratorias y desarrollo de manerasubterránea.




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2da. Razón específica

Definir los límites del cuerpo mineralizado

La gran mayoría de las perforaciones hechas desde superficie requieren distancias considerables para alcanzar los depósitos mineralizados subterráneos. Estas distancias pueden ocasionar desviaciones en los taladros.

Por lo tanto, se tiene que hacer las labores en el subsuelo para permitir la extracción segura y económica del mayor porcentaje posible de las reservas identificadas, confiables e información definitiva de las leyes y anchos

Estas desviaciones ocasionan inseguridad y distorsionan las interpretaciones geológicas y llevan a errores en la delimitación de los cuerpos mineralizados, sus tonelajes, leyes, líneas de fallas, continuidad, etc. Con una información errada, los ingenieros que diseñan la mina podrían optar por seleccionar el método de minado que no sea el apropiado.




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3ra. Razón específica

Obtener datos geotécnicos

Algunos datos geotécnicos/mecánica de rocas pueden obtenerse de los cores de taladros de perforación diamantina efectuados desde superficie; pero a veces ello no es posible (core es empleado para determinar leyes y hacer pruebas metalúrgicas)

La información geotécnica requerida como la medición de dirección y magnitud de tensiones del suelo, puede ser solo completada en el subsuelo. Un programa de desarrollo de subterráneo proveería valores confiables: resistencia compresiva no confinada, módulo de elasticidad (E), gravedad específica (SG), work index (Wi),ángulo interno de fricción, y densidad del mineral roto. Además de los valores de RQD, los índices de juntas (J), y el factor de reducción de esfuerzos (SRF) obtenidos de un apropiado core.

Estos datos, que describen las propiedades ingenieriles de las rocas son esenciales para el diseño de mina subterráneo.




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4ta. Razón Específica

Obtener una muestra compósito de mineral representativadel yacimiento

Para una apropiada prueba metalúrgica, se requiere grandes muestras y solo unaobtenida con trabajos subterráneos permitirá que la muestra sea representativa delyacimiento.

Las muestras compósito son importantes cuando se hacen pruebas sobre mineralesde mineralogía y metalurgia compleja. Una muestra representativa hará que laspruebas sean significativas y obtener buena información de los posibles porcentajede recuperación y grado del mineral en el proceso (i.e. molienda, fundición yrefinería).

La muestra representativa también permitirá la confirmación futura de la distribuciónde mineral y sus leyes.




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5ta. Razón específica

Medición de flujos de agua del suelo

Los métodos usados para predecir los flujos de agua subterráneos desde los taladros deperforación de superficie no son muy adecuados para obtener mediciones seguras quese requieren para determinar el diseño del bombeo subterráneo y los requerimientos dedrenaje de una mina.

Solo con las labores subterráneas se determinarán con mayor seguridad los flujos deagua y que los drenajes sean confiablemente determinados.




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6ta. Razón específica

Pruebas de métodos de minado

Las prácticas convencionales requieren la prueba de excavación de un tajeosubterráneo para obtener las muestras representativas bulk descritas anteriomente.

Analizando estas aberturas y sus resultados permitirán una correcta evaluación de losmétodos de minado subterráneo: dimensiones, tipo de sostenimiento requerido paramantener la integridad estructural de las excavaciones (rock bolt, madera, etc.) y otros.

Se tiene que hacer un monitoreo para determinar la estabilidad de largo plazo. Losresultados pueden ser más tarde aplicados para establecer los criterios de soporte desuelo y los estándares para las operaciones subterráneas.




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7ma. Razón específica

Delinear la exploración futura

Con el programa de desarrollo ejecutado se tendrá acceso a nuevas áreas deexploración futura.

Por lo que un programa de exploración subterránea está típicamente diseñado paracubrir extensiones adicionales de mineral y zonas satélites de mineralización quepueden no haber sido determinadas con la perforación superficial.

Esto permite extender muchas veces la vida de la mina.




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3. TIPOS DE LABORES EN LOS DESARROLLOS

Cada tipo de labor de ingreso tiene un esfuerzo y gasto diferente en su ejecución

El tipo y la ubicación de la entrada de exploración, cuando es una nueva operación deberáser seleccionada diligentemente para asegurar que ella no interferirá con desarrollosfuturos, y determinar el valor potencial futuro para un posterior desarrollo.

Este mismo criterio se emplea en una operación existente, buscar en lo posible que laslabores de desarrollo que se efectuarán, posteriormente no interfieran con las labores deproducción o preparación de nuevas áreas o servicios existentes (ventilación).

Los tipos de labores pueden ser:

Verticales (piques, inclinados, chimeneas) y/uHorizontales (galerías, cruceros, rampas)

de diferentes dimensiones, estando estas dimensiones sujetas al tamaño de la operación.




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LABORES VERTICALES

Piques verticales – enmaderados con doscompartimientosAdecuados en lugares remotos, se hacen concomponentes portables. No son adecuados paraprofundidades mayores a 400 m y no tienen unacapacidad de izaje alta.

Piques verticales – enmaderados con trescompartimientos

Es lo más común para un programa de exploraciónsubterráneo mayor. Dos skips y alta capacidad de izaje.Puede ser usado como una acceso principal a la mina.La madera puede reemplazarse por acero. Adecuadopara depósito mineralizado que requiere un grandesarrollo lateral en la fase de exploración y esdemasiado profundo para acarreo por rampas.

Piques circulares forrados con concreto(monolítico)Este tipo no es comúnmente empleado como unaentrada para exploración a menos que por anticipadolas condiciones del suelo se establezcan que son muypobres o que el pique es muy profundo. Es de altocosto y lenta profundización; problema deabastecimiento de concreto.

Camino Chute

ChuteChuteCamino




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LABORES VERTICALES (continúa)

Piques circulares forrados con concreto (anillosde concreto)Emplea un forro de concreto segmentado. Los “anillos”de aproximadamente 1.5 m de altura son puestos enla pared de la excavación en centrosaproximadamente de 5 m. Los anillos de concretopueden ser menos costosos pero tiene una lentaprofundización.

Pique vertical – Superficie circular descubiertaEn el pique vertical de superficie descubierta lasparedes son aseguradas totalmente con pernos deroca y pantallas a medida que avanza el pique. Esmenos costoso, pero menos seguro para profundizar.

Piques inclinadosEs raramente usado, excepto para dar acceso adepósitos en su parte inferior.

MINAS EN OPERACIÓN

Se emplean chimeneas de un nivel a otro (50 a 60 m)de uno, dos o tres compartimientos. También puedenemplearse inclinados de corta longitud.

PIQUE CIRCULAR ANILLADO




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LABORES HORIZONTALES

Entradas tipo rampa para tracklessEs la elección usual para cuerpos mineralizados poco profundos, particularmentecuando el mineral está buzando con mucha inclinación. Hacer una rampa de gransección debería ser considerada para acomodar equipo de acarreo con camiones. Sino, al menos el portal debería estar sobredimensionado.

Ingreso de acceso inclinadoEs similar a la rampa, excepto que debe ser dirigido en forma recta para acomodar lafaja transportadora. Para un cuerpo mineralizado más grande, es a menudo el casopráctico alternativo a un pique. Se puede conectar a un pique o un molino cercano.

Ingreso con galerías tracklessEs una ventaja en terrenos de alto relieve. Similar a una rampa o inclinado, si esdirigido al cuerpo mineralizado, puede servir en el futuro como una vía de acarreo otúnel de drenaje.

Entrada dobleCuando se tiene problemas con un solo frente, la ventilación y drenaje se provee conun segundo frente que va en forma paralela.




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CHIMENEA

DRAW POINTS

CUERPO MINERALIZADO

GALERIA PRINCIPAL

RAMPA AUXILIAR

RAMPA PRINCIPAL

CH. INCLINADA

CH. AUXILIAR

SUBNIVEL

GRAFICO CON LABORES DE ACCESO PRINCIPALES




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II. PRESUPUESTO Y COSTOS DE DESARROLLO




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COSTOS DE EXPLORACION (1)

Los costos promedio de descubrir un deposito varían entre el 15 al 20% de los ingresos brutos proyectados del deposito. Algunas compañías consistentemente están en estos promedios, mientras que otras tienen éxito a pesar de tener sustanciales gastos. Esto parece estar en función al gerenciamiento de los programas de exploración:

GROSS REVENUE FROM DISCOVERY ($)

COST OF DISCOVERY (1984-86) ($)

500 million 60-100 million

1,000 million 120-200 million

1,500 million 200-300 million

Distribution of exploration costs in the U.S. and Canada, 1980-1983 averaged:

Geological-Geochemical prospecting35%

Geophysics 5-15%

Drilling 30-35%

(1) Fuente: ROCKY MOUNTAIN MINERAL LAW FOUNDATION, Science and Technology Series, AN INTRODUCTION TO GEOLOGY AND HARD ROCK MINING, by Dr. Willard Lacy




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Consideraciones generales

Está en función al tipo de roca que se tiene y las dimensiones de la abertura

Costos de labor (Perú) De 2.5 a 3.5 US$/hr

Costos de materialesMadera, rieles, acero perforacion, dinamita, pernos, cemento etc.

Costos de energía Energía eléctrica o diesel

Costo de operación del equipo Depende del tipo de equipo

Costos de capital Del equipamiento a utilizar

Imprevistos 10 a 15%

Gastos generales y administración 12 a 18% de lo anterior

Utilidad del contratista 5 a 10%

DESARROLLOS HORIZONTALES

Costos promedio US$/m

Sección 2.4 x 2.7 m 250 a 300

Sección 4.0 x 4.0 m horizontal 450 a 600

DESARROLLOS VERTICALES

Costos promedio US$/m

Chimenea 1.5 x 1.5 150 a 180

Chimenea Enmaderado 2 comp. 350 a 400

Raise boring 1.5 a 2.1 m diametro 550 a 700

COSTOS DE DESARROLLOS HORIZONTALES Y VERTICALES

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