Tesis Block Panel Caving

8/12/2019 Tesis Block Panel Caving

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UNIVERSIDAD DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE MINAS

MODELO DE MEZCLA DE FRAGMENTACIN SECUNDARIA EN MINERADE BLOCK/PANEL CAVING

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGSTER EN MINERA

MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO CIVIL DE MINAS

NICOLS EDGARDO MONTECINO BASTAS

PROFESOR GUA:RAL CASTRO RUIZ

MIEMBROS DE LA COMISIN:

ENRIQUE RUBIO ESQUIVEL

XAVIER EMERY

MAURICIO LARRAN MEDINA

SANTIAGO DE CHILE

SEPTIEMBRE 2011


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RESUMEN

La fragmentacin en minera por hundimiento es uno de los parmetros ms relevantes para

el diseo y operacin en minera masiva. Algunos de los parmetros de diseo y operacin

influenciados por la fragmentacin incluyen: el tamao y espaciamiento de los puntos de

extraccin, la seleccin de equipos, la productividad, prediccin de colgaduras y reduccin

secundaria, entrada de dilucin y procesos de conminucin posteriores. A pesar de su

importancia para las operaciones de caving, a la fecha an no se conocen a cabalidad todos

los procesos que influencian la variacin de la fragmentacin en altura.

Un anlisis de la literatura existente indic que existen distintos modelos predictivos de

fragmentacin en puntos de extraccin, sin embargo an no existe un consenso en la

industria sobre cual utilizar. En esta tesis se propone un nuevo modelo de zonificacin de la

fragmentacin en funcin del tonelaje extrado, generado a partir de anlisis estadsticos de

observaciones de fragmentacin recolectadas en sectores de Divisin El Teniente. Se

reconocen as tres zonas para Diablo Regimiento y dos zonas para Reservas Norte. En

general, se observa que existe una disminucin de la fragmentacin a medida que aumenta

la extraccin de mineral. Los tamaos caractersticos medios son similares en ambos

sectores, mientras que la variabilidad de la fragmentacin disminuye a medida que aumenta

la extraccin.

Mediante la simulacin de la extraccin histrica en Rebop3.1, el cual considera la

evolucin del caving, se comprueba que el material quebrado es influyente en la

disminucin de tamaos de fragmentos a medida que aumenta la extraccin, sin embargo

an falta conocer el grado de influencia de la fragmentacin secundaria y la variacin de

los esfuerzos producto del hundimiento sobre la disminucin de los fragmentos. Adems, la

inclusin de la evolucin del cave-back en los modelos de flujo ayuda a mejorar el ajuste

del punto de entrada del material quebrado.

Este nuevo enfoque en el tratamiento de la informacin tomada en faenas productivas es

aplicable a otros sectores con el fin de predecir la fragmentacin de roca y conocer la

procedencia de los fragmentos que aparecen en los puntos de extraccin.

RESUMEN DE LA TESIS PARA OPTAR AL GRADO DEMAGISTER EN MINERARESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DEINGENIERO CIVIL DE MINASPOR: NICOLS MONTECINO BASTASPROF. GUA: RAL CASTRO RUIZ


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ABSTRACT

The fragmentation in caving is one of more relevant parameters for design and operation.

Some parameters of design and operation are: draw point spacing, equipment selection,

productivity, hangs up and secondary blasting, dilution entry and conminution process.

Despite its importance for caving operation, nowadays are not know completely all process

that have relation with the variation of fragmentation with height.

An analysis of the state of art indicated that there are different predictive models of

fragmentation in draw points, however there is still no industry consensus about which to

use. This thesis proposes a new model of fragmentation based in zones of fragments related

with tonnage mined, generated from statistical analysis of observations of fragmentation

collected in areas of El Teniente. It recognizes three zones for Diablo Regimiento and two

zones for Reservas Norte. In general, it appears that there is a decrease of fragmentation

because of extraction. The average sizes are similar in both sectors, while the variability of

fragmentation decreases with increasing extraction.

By simulating historical extraction using Rebop3.1 , which considers the evolution of

caving, it is found that the dilution entry is influential in the fragment sizes decrease with

increasing the extraction, but still need to know the degree of influence of: secondary

fragmentation and changes of stress related with caving on the reduction of the fragments.

Further, the inclusion of the evolution of cave-back in the flow patterns helps improve the

fit of the entry point of the dilution.

This new approach in the treatment of information taken in operative mines can be applied

to other similar sectors in order to predict the fragmentation of rock and to know the origin

of the fragments that appear in draw points.


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AGRADECIMIENTOS

Primero, agradecimientos a mi Familia. Tengo total conviccin que sin su formacin y

apoyo, nada de esto sera posible. Pocas palabras podrn describir lo orgulloso y

agradecido que estoy de ustedes. Dolores, Manuel, y Daniela, ustedes son mi pilar

fundamental.

Maca, he encontrado en ti un apoyo imprescindible en todo este proceso. Tu cario,

paciencia y palabras han sido vitales. Gracias por ser mi amiga, compaera y polola.

Agradecimientos a Block Caving Laboratory, liderado por Ral Castro, lugar donde tuve

total apoyo para desarrollar mi Tesis. Obviamente no puedo dejar de nombrar a los

alumnos precursores del laboratorio, quienes ayudaron a que cada jornada fuese ms

llevadera: Ricardo, Makarina, David, Claudio, Pablo, Jorge y Eduardo.

A los miembros de la comisin, por su apoyo y consejos que ayudaron en la realizacin deesta investigacin.

A Divisin El Teniente, CODELCO Chile, quienes facilitaron la informacin utilizada en

esta investigacin. Y adems me apoyaron y creyeron para que pudiera cumplir con mi

Ttulo.

En la universidad conoc a personas fantsticas, personas que destacaron por su simpleza,

valores, capacidad, simpata, etc. Personas que me ayudaron a llevar de mejor manera

estos aos de esfuerzo y sacrificio, gracias por cruzarse en mi camino y espero que el

tiempo ayude a fortalecer an ms esta amistad: Javier C, Claudio G, Cristian P,

Sebastin H, Carlos C, Rodrigo V, Pame N, Sebastin T, Patrick R, Felipe B, Maka O,

Ricardo V, David A, Manuel M, Matas R.

A mis compaeros y compaeras de colegio. Confo en que seguiremos teniendo tiempo

para juntarnos y recordar viejos tiempos.

A todo el Departamento de Minas de la Universidad de Chile, Profesores, Alumnos y

Personal Administrativo. Gracias por la formacin entregada.

A quienes se han cruzado en esta corta vida, y que han influenciado de una u otra manera.

Y a todo quien se quiera sumar a esta celebracin!

La nica decisin equivocada es cuando no se aprende nada de ella


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A mi familia


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INDICE DE CONTENIDOS

CAPITULO 1. INTRODUCCIN .................................................................................... 1

1.1 Introduccin ............................................................................................................. 1

1.2 Objetivos .................................................................................................................. 2

1.2.1 Objetivo general ............................................................................................... 2

1.2.2 Objetivos especficos ........................................................................................ 2

1.3 Alcances ................................................................................................................... 3

1.4 Metodologa ............................................................................................................. 3

1.5 Resultados esperados ............................................................................................... 5

1.6 Contenidos de la Tesis ............................................................................................. 5

CAPITULO 2. ESTADO DEL ARTE DE LA FRAGMENTACIN EN CAVING ........ 6

2.1 Introduccin ............................................................................................................. 6

2.2 Antecedentes mtodo block/panel caving ................................................................ 6

2.2.1 Generalidades block caving .............................................................................. 6

2.2.2 Historia en Chile ............................................................................................... 9

2.2.3 Fundamentos de block caving ........................................................................ 10

2.3 Fragmentacin de roca en block caving ................................................................ 11

2.3.1 Tipos de fragmentacin en block caving ........................................................ 12

2.3.2 Muestreo mediciones de fragmentacin de roca en block caving .................. 14

2.3.3 Mtodos predictivos de fragmentacin de roca .............................................. 16

2.3.4 Estudios de fragmentacin en minera por block/panel caving ...................... 24

2.3.5 Estudio REBOP Fragmentacin en Caving ................................................. 31

2.4 Modelos de flujo gravitacional .............................................................................. 33

2.4.1 Modelos fsicos de flujo gravitacional............................................................ 34

2.4.2 Modelos matemticos de flujo gravitacional .................................................. 35


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2.5 Modelos de mezcla en block caving ...................................................................... 36

2.5.1 Punto de entrada de dilucin (PED) ............................................................... 37

2.5.2 Modelo volumtrico de mezcla (Laubscher) .................................................. 39

2.6 Conclusiones .......................................................................................................... 41

CAPITULO 3. METODOLOGA ................................................................................... 44

3.1 Introduccin ........................................................................................................... 44

3.2 Modelo de Fragmentacin ..................................................................................... 45

3.3 Modelo de Mezcla ................................................................................................. 46

3.3.1 Calibracin REBOP ........................................................................................ 46

3.3.2 Modelo de Mezcla .......................................................................................... 47

3.4 Modelo de mezcla de fragmentacin secundaria ................................................... 47

CAPITULO 4. MODELO DE FRAGMENTACIN ...................................................... 48

4.1 Introduccin ........................................................................................................... 48

4.2 Informacin de entrada .......................................................................................... 49

4.3 Medidas de fragmentacin ..................................................................................... 53

4.3.1 Distribucin Rosin-Rammler .......................................................................... 55

4.3.2 Modelo Lineal ................................................................................................ 55

4.3.3 Seleccin modelo de distribucin granulomtrico ......................................... 55

4.4 Relacin variacin de fragmentacin y tiraje ........................................................ 58

4.4.1 Relacin variacin de fragmentacin y tiraje Metodologa base ................ 59

4.4.2 Relacin variacin de fragmentacin y tiraje Mtodo estadstico ............... 61

4.5 Anlisis de resultados ............................................................................................ 67

4.5.1 Anlisis de resultados Sector Diablo Regimiento ....................................... 68

4.5.2 Anlisis de resultados Sector Reservas Norte ............................................. 73

4.6 Anlisis de sensibilidad Modelo de Fragmentacin ........................................... 77


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4.6.1 Anlisis medidas Tamaos caractersticos .................................................. 79

4.6.2 Anlisis certeza pertenencia zonificacin....................................................... 79

4.7 Conclusiones .......................................................................................................... 82

CAPITULO 5. CALIBRACIN HERRAMIENTA DE FLUJO GRAVITACIONAL .. 84

5.1 Introduccin ........................................................................................................... 84

5.2 Sectores en estudio ................................................................................................. 85

5.2.1 Caracterstica malla de extraccin .................................................................. 86

5.2.2 Estadsticas extraccin de sectores ................................................................. 87

5.3 REBOP, parmetros de entrada ............................................................................. 90

5.3.1 Parmetros de entrada geomtricos ................................................................ 90

5.3.2 Set de parmetros para calibracin ................................................................. 91

5.4 Parmetros de comparacin ................................................................................... 92

5.4.1 Comparacin de finos extrados ..................................................................... 92

5.4.2 Comparacin de punto de entrada de dilucin ............................................... 93

5.4.3 Comparacin de leyes sondajes ...................................................................... 93

5.4.4 Comparacin de altura de interaccin ............................................................ 93

5.5 Anlisis de resultados calibracin .......................................................................... 95

5.5.1 Anlisis de resultados Teniente 4-Sur ............................................................ 95

5.5.2 Anlisis de resultados Reservas Norte ........................................................... 96

5.5.3 Anlisis de resultados Esmeralda ................................................................... 97

5.5.4 Anlisis de resultados Diablo Regimiento ..................................................... 98

5.6 Conclusiones ........................................................................................................ 102

CAPITULO 6. MODELO DE MEZCLA DE FRAGMENTACIN SECUNDARIA . 103

6.1 Introduccin ......................................................................................................... 103

6.2 Informacin de entrada ........................................................................................ 104


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6.3 Anlisis punto de entrada material quebrado ....................................................... 105

6.4 Construccin modelo de mezcla .......................................................................... 108

6.4.1 Seleccin puntos de extraccin - Modelo de mezcla de fragmentacin

secundaria ................................................................................................................... 110

6.5 Modelo de mezcla de fragmentacin secundaria ................................................. 111

6.5.1 Anlisis aparicin material quebrado ........................................................... 118

6.6 Conclusiones ........................................................................................................ 120

CAPITULO 7. CONCLUSIONES GENERALES Y RECOMENDACIONES ........... 121

7.1 Conclusiones generales ........................................................................................ 121

7.1 Recomendaciones y trabajo futuro ...................................................................... 122

CAPITULO 8. REFERENCIAS .................................................................................... 124

ANEXO A. Relacin RQD y Jn. Estudio Silva R. y Vera M. (2005) .......................... 128

ANEXO B. Factor de reduccin estudio Silva R. y Vera M. (2005) ........................... 128

ANEXO C. Puntos de extraccin con mediciones de fragmentacin .......................... 130

ANEXO D. Puntos de extraccin correspondientes a Base de Datos III Validacin

modelo de mezcla de fragmentacin .................................................................................. 131

ANEXO E. Detalle puntos de extraccin por Cluster .................................................. 133

ANEXO F. Resumen puntos con PEQ y PED (DR y NN) ............................................. 138

ANEXO G. Distancia horizontal media recorrida por marcadores .............................. 141

ANEXO H. ndice de uniformidad Susaeta y Saavedra (2001) ................................ 142

ANEXO I. Anlisis ndice de uniformidad Puntos modelo mezcla............................. 144

ANEXO J. Anlisis extraccin puntos modelo de mezcla de fragmentacin ................. 146

ANEXO K. Modelo de mezcla de fragmentacin secundaria NN Zona 2 ................ 150


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INDICE DE FIGURAS

Figura 1 Metodologa general de investigacin ..................................................................... 4

Figura 2 Esquema block caving mecanizado (Hamrin, 2001)................................................ 8

Figura 3 Modelo conceptual de caving (Duplancic and Brady, 1999) ................................. 11

Figura 4 Metodologa Flip Chart Mina Salvador ICS II ................................................ 15

Figura 5 Espaciamiento mximo/mnimo de zonas de tiraje basado en dimetro de tiraje

aislado - Laubscher ............................................................................................................... 17

Figura 6 Fragmentacin por hundimiento distribucin de tamaos. Laubscher, 1994 ..... 18

Figura 7 Eadie (2003) - Ejemplo de dos modelos de discontinuidad que difieren en el

tamao de estas ..................................................................................................................... 22

Figura 8 Esquema del trazado curvas de fragmentacin estudio back-anlisis DET, 2007 . 27

Figura 9 Bandas que definen las curvas de fragmentacin. Back-anlisis fragmentacin

2007. DET ............................................................................................................................ 28

Figura 10 Curvas de fragmentacin en back-anlisis Mina Palabora (Dolorita), ICS II...... 30

Figura 11 Curvas de fragmentacin en back-anlisis Mina Salvador (Andesita), ICS II .... 31

Figura 12 Concepto elipsoides de extraccin en flujo gravitacional de material quebrado

(Kvapil, 1992) ....................................................................................................................... 35

Figura 13 Altura de interaccin (HIZ). Laubscher, 1994 ..................................................... 38

Figura 14 Factor de control de tiraje. Laubscher, 1994 ........................................................ 38

Figura 15 Modelo volumtrico mezcla con PED = 60%. Laubscher, 1994 ......................... 40

Figura 16 Metodologa general de investigacin ................................................................. 44

Figura 17 Metodologa generacin modelo de fragmentacin ............................................. 45

Figura 18 Metodologa calibracin parmetros REBOP ...................................................... 46

Figura 19 Metodologa generacin Modelo de Mezcla de Fragmentacin Secundaria ....... 47

Figura 20 Esquema ubicacin de las observaciones de fragmentacin Divisin El

Teniente ................................................................................................................................ 51Figura 21 Litologa sectores con mediciones de fragmentacin. Reservas Norte (centro) y

Diablo Regimiento (der) ....................................................................................................... 53

Figura 22 Comparacin tamao d80 para Rosin-Rammler y Modelo Lineal. Diablo

Regimiento (izq) y ReNo (der) ............................................................................................. 57


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Figura 25 Ejemplo mtodo visual variacin de fragmentacin con tiraje (Punto 10 27H -

Sector Reservas Norte) ......................................................................................................... 60

Figura 26 Ejemplo mtodo visual variacin de fragmentacin con tiraje (Punto 13 18F -

Sector Reservas Norte) ......................................................................................................... 61

Figura 27 Grfico variacin tamao d80 respecto a tonelaje extrado agrupado a 25 kt.

Sector Reservas Norte. ......................................................................................................... 63

Figura 28 Metodologa de zonificacin del Modelo de Fragmentacin ............................... 65

Figura 29 Pozos de pre-acondicionamiento en sector de estudio. Diablo Regimiento (Fase Iy Fase II) ............................................................................................................................... 69

Figura 30 Geometra escalada en perfil del pre acondicionamiento mediante fracturamiento

hidrulico. (Galaz & Pereira, 2006)...................................................................................... 70

Figura 31 Vista isomtrica (izq) y Vista perfil S-N (Este 500) (der) pozos hidro

fracturamiento (Fase I y II) - DR ......................................................................................... 71

Figura 32 Zonificacin fragmentacin, tamao d80, rango tonelaje. DR ............................ 72



Figura 35 Zonificacin fragmentacin, tamao d80, rango tonelaje. NN-Zona1 ................ 74





Figura 40 Zonificacin fragmentacin, tamao d25, rango tonelaje. NN - Zona 2 ............. 76

Figura 41 Clusters escogidos para estudio de back-anlisis REBOP. Teniente 4Sur (izq) y

Diablo Regimiento (der) ....................................................................................................... 85

Figura 42 Clusters escogidos para estudio de back-anlisis REBOP. Reservas Norte (izq) y

Esmeralda (der)..................................................................................................................... 86

Figura 43 Diagrama caracterizacin mallas de extraccin ................................................... 86


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Figura 44 Parmetros de batea a definir ............................................................................... 90

Figura 45 Dimensiones elipsoide de extraccin aislado para distintos sets de parmetros .. 91

Figura 46 Esquema comparacin de altura de interaccin ................................................... 94

Figura 47 Grfico errores relativos sector Teniente 4-Sur ................................................... 96

Figura 48 Grfico errores relativos sector Reservas Norte................................................... 97

Figura 49 Grfico errores relativos sector Esmeralda .......................................................... 98

Figura 50 Grfico errores relativos sector Diablo Regimiento............................................. 99

Figura 51 Comparacin errores relativos para prueba con y sin evolucin cave-back. Diablo

Regimiento. Set 1 ............................................................................................................... 100

Figura 52 Sectores con informacin de extraccin histrica .............................................. 105

Figura 53 Puntos con entrada de material quebrado (PEQ) Diablo Regimiento ............. 106

Figura 54 Puntos con entrada de material quebrado (PEQ) Reservas Norte ................... 108

Figura 55 Ejemplo modelo de mezcla ................................................................................ 110

Figura 56 Modelo de mezcla fragmentacin secundaria - NN Zona 1 - PE 10 25H .......... 114

Figura 57 Modelo de mezcla fragmentacin secundaria - NN Zona 1 - PE 11 25F .......... 114

Figura 58 Modelo de mezcla fragmentacin secundaria - NN Zona 1 - PE 12 22F .......... 115

Figura 59 Modelo de mezcla fragmentacin secundaria DR (con caving) - PE 23 26H 115


Figura 61 Modelo de mezcla fragmentacin secundaria DR (con caving) - PE 21 29F . 116


Figura 63 Proporcin material quebrado respecto a total extrado. Reservas Norte (Zona1) y

Diablo Regimiento .............................................................................................................. 119

Figura 64 Recorrido horizontal promedio marcadores Reservas Norte (Flujo granular) ... 141

Figura 65 Recorrido horizontal promedio marcadores Diablo Regimiento (Flujo no

granular).............................................................................................................................. 142

Figura 66 ndices de uniformidad extracciones Captulo 5 ................................................ 144

Figura 67 ndices de uniformidad extracciones Captulo 6 ................................................ 145

Figura 68 Modelo de mezcla de fragmentacin secundaria - PE 08 32H - NN Zona 2 ..... 150


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Tabla 24 Resumen races de errores cuadrticos medios (RMSE) para todos los sectores 101

Tabla 25 Resumen extraccin histrica, Diablo Regimiento y Reservas Norte ................. 104

Tabla 26 Resumen PEQ y PED en Diablo Regimiento. Modelo de Flujo sin y con

evolucin caving ................................................................................................................. 107

Tabla 27 Puntos de extraccin - Modelo de mezcla de fragmentacin secundaria ............ 111

Tabla 28 Relacin RQD y Jn. Silva & Vera (2005) ........................................................... 128

Tabla 29 Puntos con mediciones de fragmentacin base de datos IV. NN (izq) y DR (der)

............................................................................................................................................ 130

Tabla 30 Puntos con mediciones de fragmentacin base de datos III. Reservas Norte ..... 131

Tabla 31 Puntos con mediciones de fragmentacin base de datos III. Diablo Regimiento 132

Tabla 32 Detalle puntos de extraccin cluster - 4 Sur ........................................................ 133

Tabla 33 Detalle puntos de extraccin cluster - 4 Sur (continuacin)................................ 134

Tabla 34 Detalle puntos de extraccin cluster - Esmeralda................................................ 135

Tabla 35 Detalle puntos de extraccin cluster - Reservas Norte ........................................ 136

Tabla 36 Detalle puntos de extraccin cluster - Diablo Regimiento .................................. 137

Tabla 37 Resumen PEQ y PED - Diablo Regimiento (Flujo no granular) ......................... 138

Tabla 38 Resumen PEQ y PED - Reservas Norte (Flujo granular) .................................... 139

Tabla 39 Resumen PEQ y PED - Reservas Norte (Flujo granular) (continuacin) ........... 140

Tabla 40 Matriz de uniformidad ......................................................................................... 143

Tabla 41 Resumen extraccin puntos modelos de mezcla - NN Zona 1 ............................ 146

Tabla 42 Resumen extraccin puntos modelos de mezcla - NN Zona 2 ............................ 147

Tabla 43 Resumen extraccin puntos modelos de mezcla - DR ........................................ 148

Tabla 44 Resumen extraccin puntos modelos de mezcla - DR (continuacin) ................ 149


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CAPITULO 1.INTRODUCCIN

1.1Introduccin

En minera de Block/Panel caving, la fragmentacin de la roca juega un papel muy

relevante en todo el sistema minero, afectando directamente el desempeo de ste.

Tanto la efectividad del diseo del layout minero como varios procedimientos

operacionales significativos dependen fundamentalmente de la certeza de las predicciones

iniciales de la fragmentacin (Eadie, 2003).

La fragmentacin en minas de block caving posee tres niveles consecutivos. Estos nivelesde fragmentacin son in-situ, primaria y secundaria. Existe una progresin natural del

bloque in-situ pre-existente hasta el resultado de bloques secundarios obtenidos en los

puntos de extraccin. Durante el proceso de caving, los bloques que se separan desde el

macizo rocoso representan los bloques primarios (Eadie, 2003).

Desde el punto de vista de la investigacin, existen distintas reas donde se puede abordar

el tema de Fragmentacin en minera de block/panel caving. Las reas que destacan son:

rea de modelos predictivos de fragmentacin, estudios de back anlisis con datos degranulometras reales medidas en terreno, estudios de validacin de predicciones de

fragmentacin, donde se realiza un link entre los modelos predictivos y los datos medidos

en faena.

Existen distintas metodologas para predecir el tamao de los bloques para cada uno de los

tipos de fragmentacin. Si bien depender de la metodologa, en general, la fragmentacin

primaria depender de: calidad del macizo rocoso, resistencia de la roca intacta,

distribucin, frecuencia y calidad de las estructuras y esfuerzos inducidos.

A su vez, la fragmentacin secundaria depender de: forma y resistencia de los bloques y

estructuras presentes, altura de extraccin, razn de extraccin y estrategia de extraccin.


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Una vez que un sector se encuentra en produccin, la fragmentacin del mineral ser un

tema relevante. Sin embargo, poco es lo que se sabe de la procedencia de los fragmentos

que ingresan al sistema minero. Luego, si se cuenta con informacin de la fragmentacin

real recolectada de los puntos de extraccin, se podr analizar la variacin de tamao de los

bloques con distintas estrategias de extraccin, junto con un estudio de la relacin entre

flujo gravitacional y fragmentacin (procedencia de los bloques).

Hasta el momento se cuenta con informacin valiosa de mediciones de fragmentacin,

fragmentos de roca que aparecen en los puntos de extraccin en distintos sectores

productivos de El Teniente (Esmeralda, Diablo Regimiento y Reservas Norte). Informacin

que puede ser utilizada, evitando nuevas campaas de medicin, en la construccin de

modelos de fragmentacin secundaria, es decir, modelos de fragmentacin basados de datos

tomados en faena.

Es por todo lo anterior que mediante la presente investigacin se pretende generar un

modelo de mezcla a partir de la unin de la fragmentacin secundaria y flujo gravitacional

en minera de block caving.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo generalEl objetivo general de esta investigacin es establecer una metodologa de prediccin de

fragmentacin en minera por hundimiento basado en mediciones de fragmentacin en

minas en operacin y en modelos de flujo de material hundido.

1.2.2 Objetivos especficosi. Calibrar y validar un modelo de flujo gravitacional.

ii. Definir zonas de fragmentacin para distintos tipos de roca primaria.iii. Generar un modelo de mezcla de fragmentacin secundaria a partir de datos

obtenidos de un software de flujo gravitacional y mediciones reales de

fragmentacin de roca.


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3

iv. Determinar la influencia sobre el punto de entrada de dilucin la inclusin de laevolucin del cave back en modelos de flujo gravitacional.

v. Analizar la influencia del material quebrado en la relacin disminucin tamaofragmentos y extraccin de tonelaje.

1.3 AlcancesEl tpico de fragmentacin de roca en minera de block/panel caving puede ser visto desde

varias aristas. Esta investigacin se basar principalmente en un estudio de back-anlisis,

con mediciones reales de fragmentacin, y slo con modelos de flujo gravitacional se

abordar el tema de la prediccin de fragmentacin de roca.

Por el momento no es tema cuantificar la variacin de tamao de la fragmentacin in-situ,

primaria y secundaria. Adems, tampoco se calcular el error de muestreo de las

observaciones de fragmentacin.

Se utilizarn indicadores de fragmentacin que no incluirn la informacin de sobre

tamaos generadores de colgaduras, debido a que no se cuenta con este tipo de

informacin.

Adems, no se determinar el grado de influencia de la fragmentacin secundaria o lavariacin de los esfuerzos in situ sobre la variacin de los tamaos de fragmentos. Slo se

determinar si la entrada de material quebrado influye en esta variacin.

La calibracin y validacin de REBOP se har con la mayor cantidad de informacin

obtenida de distintos sectores de Divisin El Teniente, pero los anlisis de flujo

gravitacional y modelos de mezcla se centrarn en los sectores donde s existen

observaciones de fragmentacin (Reservas Norte y Diablo Regimiento). Los modelos de

mezclas sern a escala de un punto de extraccin.

1.4 MetodologaLa metodologa del presente estudio, con el fin de satisfacer los objetivos propuestos, es la

siguiente:


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5

1.5 Resultados esperadosAl final de este estudio se espera comprender la relevancia de la procedencia de los

fragmentos de roca que llegan a los puntos de extraccin. Tambin se dar a conocer

cuantitativamente la variacin de los tamaos de fragmentos, para distintos sectores de ElTeniente.

Tambin se espera generar los lineamientos para realizar nuevos estudios de flujo

gravitacional con informacin proveniente de sectores en operacin.

Adems se estima posible generar una nueva herramienta para poder determinar, a cierto

porcentaje de extraccin, los atributos de tamao de fragmentos de bloques y la

procedencia de estos.

1.6 Contenidos de la TesisCaptulo 1: Se da a conocer la introduccin del tema de investigacin, objetivos,

alcances, metodologa y resultados esperados.

Captulo 2: Se define el estado del arte de los temas a tratar, principalmente:

minera por hundimiento, modelos de mezcla y fragmentacin de roca en caving.

Captulo 3: Exposicin de la metodologa utilizada.

Captulo 4: Se presentan los anlisis y resultados que permiten obtener el modelo

de fragmentacin, tomando como datos de entrada las observaciones de fragmentacin de

distintos puntos de extraccin.

Captulo 5: Se caracteriza la herramienta a utilizar para simular flujo

gravitacional (REBOP). Adems, se detalla el back-anlisis para calibrar y validar los

parmetros de entrada de este software.

Captulo 6: Se da a conocer el modelo de mezcla de fragmentacin secundaria.

Captulo 7: Conclusiones finales del estudio y recomendaciones para futuras

investigaciones.


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CAPITULO 2.ESTADO DEL ARTE DE LA FRAGMENTACIN EN CAVING

2.1 IntroduccinEn este captulo se presenta una revisin crtica del estado del arte del tema de

fragmentacin de roca en block caving y los modelos de mezcla en minera por

hundimiento.

Se busca fundamentar el enfoque que se dar al tema de la fragmentacin de roca, mediante

un anlisis crtico de los estudios realizados a la fecha. Se presentarn las distintas reas de

estudio y los desarrollos en cada una de ellas (mtodo predictivos y back-anlisis de

fragmentacin), lo que permitir justificar la generacin de un modelo predictivo de

fragmentacin emprico.

Adems, con el fin de analizar la procedencia del material que aparece en los puntos de

extraccin de una mina por hundimiento, se har una revisin crtica de los modelos de

mezcla actuales. Lo anterior permitir justificar la generacin de una nueva metodologa

para la generacin de modelos de mezcla.

2.2 Antecedentes mtodo block/panel caving2.2.1 Generalidades block caving

Al momento de elegir un mtodo de explotacin subterrneo, las caractersticas a

considerar son las relaciones entre el mtodo, las propiedades del yacimiento que definen la

aplicabilidad de ese mtodo y las propiedades del macizo rocoso que son esenciales para la

sustentacin del mtodo.

Referente a la sustentacin del mtodo de explotacin, existe una clasificacin que permite

agrupar los distintos mtodos de explotacin subterrneos (Brady & Brown, 2004). Los

mtodos no soportadoso mtodos por hundimientosbuscan inducir que el macizo rocoso

falle, con grandes desplazamientos, lo cual provoca que la roca se comporte como un


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discontinuo. En cambio, los mtodos soportados buscan mantener la integridad y la

respuesta elstica de la roca; adems de limitar sus desplazamientos.

Especficamente en block/panel cavingtanto el mineral como la roca de caja hunden bajo la

influencia de la gravedad y la redistribucin del esfuerzo in-situ una vez que el cuerpomineralizado ha sido cortado de forma suficiente en su parte inferior. Tanto el mineral

como la roca de caja hundidos se comportan como un material discontinuo.

En este mtodo el cuerpo mineralizado completo o un bloque mineral es completamente

cortado en su parte inferior para iniciar el hundimiento (socavacin). La zona a socavar es

perforada y quemada progresivamente desde un nivel de hundimiento, parte del mineral

tronado es removido de tal manera de crear un vaco y as se comienza a generar el

hundimiento de la roca que est por sobre este espacio. El hundimiento se empieza apropagar hacia arriba a travs del cuerpo mineralizado y la roca suprayacente, hasta que se

produce la subsidencia (depresin de una parte de superficie terrestre en relacin a sus reas

circundantes). El material quebrado es extrado desde un nivel de produccin o extraccin,

el cual est construido debajo del nivel de hundimiento y est conectado a este mediante

una bateaozanjapor donde el mineral hundido cae, debido a la gravedad, hasta los puntos

de extraccin del nivel de produccin. En el nivel de produccin, el material puede ser

cargado principalmente mediante buitras (block caving tradicional o convencional) o

mediante equipos mecanizados (block caving mecanizado), en esta ltima variante es donde

se centrar esta investigacin (verFigura 2). La principal diferencia entre ambos mtodos

es la granulometra de la roca posterior al hundimiento, lo que condiciona el sistema minero

a utilizar.


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Figura 2 Esquema block caving mecanizado (Hamrin, 2001)

Si bien el panel caving y block caving se basan en los mismos principios de hundimiento,

no son mtodos iguales. La principal diferencia radica en que en el block caving se socava

completamente el bloque a hundir, en cambio en el panel caving el bloque no es socavado

completamente al inicio. Lo que sucede con este ltimo mtodo es que un panel o franja de

cuerpo mineralizado es socavado para que se hunda. Desarrollos, socavacin y produccin

de los subsecuentes paneles siguen a una distancia del primer panel. Como resultado el

frente de hundimiento se mueve a travs del cuerpo mineralizado con la direccin de

avance de la socavacin. Para efectos de esta investigacin se trabajarn sectores

productivos con el mtodo panel caving.

Probablemente el mtodo block/panel caving ser una parte fundamental de la minera del

futuro, porque (Brown, 2007):

- Se puede explotar de manera rentable cuerpos de minerales masivos de baja ley.- Costos mina ms bajos en comparacin a otros mtodos subterrneos, incluso

llegando a ser comparables con minera a cielo abierto.

- Alta productividad por trabajador.-

Existen grandes oportunidades de automatizacin.- Mejora continua del entendimiento en diferentes reas, tcnicas y sistemas que

ayudan a reducir los riesgos asociados a este tipo de minera.


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2.2.2 Historia en ChileEn Chile, se pueden distinguir dos etapas principales para la minera por hundimiento

masivo. Estas etapas se diferencian principalmente por el tipo de litologa explotada, lo cual

lleva a tipos de explotacin distintas en las faenas. Una de las principales diferencias es elcambio del tamao de fragmentacin del mineral explotado.

El mtodo block caving tradicional fue utilizado por primavera vez en 1924 en la mina

Potrerillos de Andes Copper Mining Company. Luego de varios aos de utilizacin de este

mtodo de explotacin y casi simultneamente a la nacionalizacin del cobre en Chile, en

1971, las distintas faenas empezaron a ocurrir ciertos cambios en la litologa del mineral.

Empez a aparecer roca ms dura y con fragmentos de mayor tamao, haciendo que los

programas de produccin, con el mtodo tradicional, se vieran afectados por una baja en laproductividad (Chacn et al., 2004).

Mina El Teniente ilustra lo que sucedera en el corto plazo en cada faena. Desde sus inicios

slo haba extrado la zona de enriquecimiento secundario de un prfido cuprfero

mineral con mayor meteorizacin, alteraciones que dan origen a una roca ms blanda con

una granulometra fina (100% < 2 m3). Para seguir la actividad minera, necesariamente

haba que extraer la zona de enriquecimiento primario, donde la roca sera mucho ms dura

y resistente. Este tipo de roca ya no hunde tan fcil y origina mineral de tamao grueso,

estas nuevas granulometras son imposibles de tratar con el mtodo tradicional de grizzlies

(parrillas) (Chacn et al., 2004).

Desde ese entonces y hasta hoy los conceptos y diseos que estn relacionados con minera

en roca dura han ido evolucionando y se desarrollan mediante el mtodo block caving

mecanizado. En la mayora de los casos se utilizan palas de bajo perfil (load haul dump -

LHD) como equipos de carguo en los niveles de produccin. Actualmente tambin se

considera la utilizacin de dozer y correas transportadores en los niveles de produccin, con

el fin de apuntar hacia una minera continua.

Dado que en las faenas actuales se produce en roca primaria, el tema de la fragmentacin

de roca pasa a ser importante debido a su relevancia en todo el sistema minero.


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2.2.3 Fundamentos de block cavingPara entender de mejor manera las primeras fases de la fragmentacin de roca en block

caving, se proceder a explicar los fundamentos del hundimiento.

Brown (2007), para entender el origen del hundimiento seala que hay tres mecanismos

principales del caving:

- Gravity or Stress release caving: Este mecanismo es favorecido bajocondiciones de esfuerzos bajos o de tensin, adems la orientacin y resistencia de

las discontinuidades en el macizo rocoso deben ser tales que los bloques caigan o se

deslicen desde el cave-back debido a los esfuerzos antes mencionados. Es ms

probable su ocurrencia en cuerpos mineralizados ms dbiles, con varias

discontinuidades y sometidos a bajos niveles de esfuerzos.

- Stress caving:Producido principalmente por esfuerzos compresivos, tan altos comopara producir un deslizamiento en las discontinuidades pre-existentes o para

fracturar la roca intacta. Este mecanismo es aplicable principalmente a cuerpos

mineralizados con roca ms competente que estn sometidos a condiciones de

esfuerzos altos.

- Subsidence caving: Produce que una gran masa de roca hunda rpidamente comoel resultado de una falla de cizalle en los bordes verticales del bloque.

Cabe sealar que en el marco del stress caving en el ao 1999 en la Mina Northparkes E26

Lift 1, Australia, Duplancic and Brady (1999), utilizando monitoreo ssmico, estudiaron las

primeras etapas del hundimiento. Esto les permiti generar un modelo conceptual

compuesto de cinco regiones:

- Caved zone (zona hundida): Zona compuesta por los bloques que cayeron desde elcave back. Esta zona provee soporte a las paredes del hundimiento.

- Air gap (vaco de aire): Durante el hundimiento la altura del vaco serdependiente de la tasa de extraccin del material hundido.


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- Zone of discontinuous deformation (zona de deformacin discontinua): Estazona ya no provee soporte al macizo rocoso circundante. Ac es donde ocurre los

desprendimientos de roca (desintegracin del macizo). No existe sismicidad en esta

rea.

- Seismogenic zone (zona ssmica): Frente ssmico activo debido al deslizamientode las discontinuidades y fallas frgiles de la roca. Se produce lo anterior debido a

los cambios de las condiciones de esfuerzos causados por la socavacin y el

progreso del hundimiento.

- Surrounding rock mass (macizo rocoso circundante): Ocurre deformacinelstica en el macizo rocoso delante del frente ssmico y el hundimiento

circundante.

Figura 3 Modelo conceptual de caving (Duplancic and Brady, 1999)

2.3 Fragmentacin de roca en block cavingPor lo anterior, se desprende que para un diseo preliminar de una mina por hundimiento,

las principales preocupaciones sern las estrategias de socavacin para inducir el

hundimiento natural del macizo rocoso y las estimaciones de la distribucin de tamaos de

los bloques de roca.

La fragmentacin tiene una gran influencia en el desempeo de una mina de block/panel

caving. Laubscher (1994, 2000) propone que los parmetros de diseo y operacin

influenciados por la fragmentacin del mineral son:


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- Tamao y espaciamiento de los puntos de extraccin.- Seleccin de equipos.- Procedimientos de control de tiraje.- Tasas de produccin.- Entrada de dilucin.- Colgaduras y reduccin secundaria.- Procesos de conminucin posteriores.

Por lo anterior, se hace imprescindible una correcta estimacin de la distribucin de

tamaos de los bloques de roca a hundir. En general, la prediccin de la fragmentacin

durante un block caving requiere entender fundamentalmente dos procesos, por un lado la

fragmentacin natural del macizo rocoso y por el otro los procesos de fragmentacin

ocurridos a travs de la columna de extraccin.

2.3.1 Tipos de fragmentacin en block cavingAlgunos autores (Laubscher (1994), Eadie (2003)) sealan que es posible identificar tres

niveles o tipos de fragmentacin en una mina de block caving: fragmentacin in situ, que

se encuentra representada por los bloques que estn naturalmente en el macizo rocoso antes

de toda actividad minera. Fragmentacin primaria, que ocurre de formaposterior al precorte y al inicio del hundimiento; en definitiva son los bloques en la vecindad del cave-back

que se separan del macizo rocoso. Fragmentacin secundaria, producida por los

movimientos de los bloques a travs de la columna de extraccin hasta llegar a los puntos

de extraccin.

Si bien la clasificacin anterior tiene sentido debido a las etapas que deben pasar los

bloques relacionados al desprendimiento del macizo rocoso producto del caving, an no

existe un estudio validado que estipule el grado de influencia de cada tipo defragmentacin.

En general la precisin de las predicciones de fragmentacin (in-situ, primaria y

secundaria) depende en gran medida de las predicciones de los sets de discontinuidades

(orientacin, tamao, espaciamiento, condicin y trmino).


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Las discontinuidades preexistentes en el macizo rocoso determinarn la fragmentacin in-

situ, la forma y tamao de los bloques sern definidos por la geometra de las

discontinuidades abiertas en el macizo rocoso. En cambio, discontinuidades nuevas o con

rellenos con cierta resistencia de corte y traccin no proporcionan caras para los bloques in-

situ, slo son planos de debilidad por sobre los cuales puede ocurrir una separacin en las

etapas de fragmentacin primaria y/o secundaria (Brown, 2007).

Posterior al caving, la fragmentacin primaria ser un resultado de las condiciones de carga

en la vecindad del cave-back. Se espera que las mayores fallas sean por los planos de

debilidad, pero si la roca est sometida a altos niveles de stress y/o stress caving, la roca

intacta tambin puede fallar. La extensin de estas fallas depender de la resistencia tanto

de las discontinuidades como de los bloques nuevos en relacin a la magnitud y orientacin

de los esfuerzos existentes. De esta forma, quedaran definidos los bloques primarios slo s

la condicin de las discontinuidades y su resistencia al corte son propicios. Para la misma

roca, la distribucin de tamaos primaria ser ms fina que en los casos por stress release

and subsidence caving donde la gravedad - en lugar del esfuerzo inducido - causa el

desprendimiento de bloques desde el cave back (Brown, 2007).

Cabe sealar que no todas las discontinuidades existentes en el macizo formarn bloques

primarios, algunas tambin estarn involucradas en la formacin de bloques secundarios.

Se espera que la naturaleza y grado de la fragmentacin secundaria vare con la variacin

de esfuerzos en el hundimiento, la composicin y propiedades mecnicas del cuerpo

mineralizado, la razn de extraccin, la altura de extraccin y el tiempo de residencia en la

columna de extraccin. Brown (2007), seala que los mecanismos que incluye la

fragmentacin secundaria, pueden ser: extensin de discontinuidades pre-existentes,

aplastamiento por carga sobrepuesta, aberturas de discontinuidades o travs de planos de

debilidad horizontal, fallas compresivas de bloques bajo influencia de esfuerzos dentro del

cave-back, quiebre de bloques individuales por contacto con otros bloques y abrasin por

molienda autgena de las esquinas y/o aristas de los bloques generando finos.


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2.3.2 Muestreo mediciones de fragmentacin de roca en block cavingEn el mtodo de block o panel caving para la realizacin de un anlisis de rendimientos de

reduccin secundaria, puntos de entrada de dilucin, tasas de produccin, back-anlisis de

predicciones de fragmentacin, diseo de mallas, entre otros, se hace necesario realizarmuestreos de la distribucin de tamaos de los fragmentos de roca en una mina operativa.

Este muestreo puede hacerse principalmente mediante Digital Image Processing (DIP) o

Flip-Chart.

El sistema de Digital Image Processing, a pesar de que fue generado para ambientes con

mayor luminosidad (tronaduras de minas a cielo abierto y correas transportadoras), s

funciona en minera subterrnea bajo condiciones adecuadas de muestreo. DIP es un

mtodo prctico y robusto para medir fragmentacin a gran escala. Bsicamente sonimgenes que luego son analizadas en computadores; las principales ventajas son:

velocidad de muestreo, bajos costos, fcil aplicacin y que resulta no perturbador con la

operacin. La principal desventaja es que slo se capta la superficie de un volumen y se

asume que es representativa.

Para este mtodo, en general se pueden reconocer tres etapas: muestreo (obtencin de

imgenes representativas del material a analizar), adquisicin de imgenes (seleccin de

imgenes representativas) y anlisis de imgenes por un software (se obtiene distribucin

de tamao de la imagen).

Los errores presentes son: errores de muestreo (asociado al sesgo en la toma de imgenes),

errores de procesamiento, deficiente delimitacin (sombras en las imgenes) y prdidas de

finos.

Los principales ejemplos de DIP son FragScan (Schleifer & Tessier, 1996), WipFrag

(Maerz, 1996) y Split (Kemeny, 1993). Tanto WipFrag como Split son aplicables aoperaciones de block caving por ser ms flexibles, ya que los otros mtodos estn

diseados para operaciones continuas, como sucede por ejemplo con las correas

transportadoras.


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Respecto al Mtodo Flip Chart, fue desarrollado para estudios de fragmentacin en

Palabora - Sud Africa (Moss et al 2004) y luego usado en El Salvador. En este mtodo se

toman fotos del punto de extraccin, luego un software analiza estas imgenes realizando

mediciones de los tamaos de bloques. Despus se seleccionan muestras representativas de

fotografas de puntos de extraccin donde se conocen los tamaos que permiten formar el

Flip Chart (verFigura 4).

Figura 4 Metodologa Flip Chart Mina Salvador ICS II

Este mtodo hibrido es simple, fcil, de bajo costo y requiere menos personal para producir

resultados inmediatos. Al igual que mtodos DIP, se asume que una imagen es

representativa de un volumen.

Adems, es necesario sealar que existen otros mtodos menos rigurosos, como por

ejemplo cuando se muestrean los tamaos de bloques en un punto de extraccin slo con la

visin en terreno de un especialista y posterior llenado de datos en planilla con porcentajes

de tamaos retenidos. La mayor ventaja es la rapidez del muestreo, pero es un mtodo poco

confiable, que depende mucho de las condiciones del terreno y la pericia del especialista.


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2.3.3 Mtodos predictivos de fragmentacin de rocaExisten distintas metodologas para predecir el tamao de los fragmentos de bloques en

minera por hundimiento, algunas slo permiten predecir fragmentacin in-situ, otras

primaria o incluso llegar a predicciones de fragmentacin secundaria. En general estosmtodos utilizan como informacin de entrada datos provenientes del macizo rocoso a

estudiar, siendo primordial la caracterizacin de estructuras del macizo rocoso y el estado

tensional de ste.

A continuacin se dar a conocer las caractersticas principales de los mtodos predictivos

ms importantes.

2.3.3.1Metodologas SimplesBarton (1974), para la fragmentacin in-situ define el tamao de bloque usando la razn

RQD/Jn, donde Jn depende del nmero de set de discontinuidades que se creen presentes en

el macizo rocoso. Esta razn no da informacin sobre el rango y distribucin de los

tamaos de bloques.

2.3.3.2Metodologa LaubscherLaubscher (1994), propone un chart denominado Espaciamiento mximo/mnimo de zonas

de tiraje basado en dimetro de tiraje aislado (Figura 5). En este chart aparece una primera

prediccin de los rangos de tamaos de fragmentos (primarios) para distintos tipos de

macizos rocosos (clasificados segn IRMR), donde se desprende que entre ms competente

sea la roca, mayores sern los tamaos de fragmentos. La relacin entre fragmentacin de

bloques y dimetro de tiraje aislado radica que entre mayor sean los tamaos de

fragmentos, mayor ser la interaccin entre ellos y se tendrn mayores dimetros de tiraje

aislado. Cabe sealar que no existe registro del origen de estos datos ni tampoco validacin

de esta prediccin de fragmentacin.


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Figura 5 Espaciamiento mximo/mnimo de zonas de tiraje basado en dimetro de tiraje aislado - Laubscher

Recordando que el IRMR de Laubscher (In situ rock mass rating) es una variante del RMR

propuesto por Bieniawski (1989), pero orientado especficamente a definir calidadgeotcnica del macizo rocoso, ya que el ndice de Bieniawski va enfocado a evaluar

condicin de estabilidad y requerimiento de fortificacin en excavaciones.

Al trabajar con el IRMR, se considera principalmente la resistencia de la roca (Intact rock

strenght - IRS), blocosidad (nmero de sets estructurales, espaciamiento entre

discontinuidades) y condicin de discontinuidades (rugosidad, material de relleno de

discontinuidades y grado de alteracin). IRMR no considera presencia de aguas ni

persistencia de discontinuidades.

Adems, Laubscher (1994), propone otro chart (verFigura 6)donde se conjugan variables

de altura de extraccin, fragmentacin primaria, fragmentacin secundaria y tipos de

manejo de mineral. En este chart no se especifica el origen de los datos o la faena minera

donde se ajust ni tampoco se tiene registro de validaciones posteriores.


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Para manejos de minerales ms finos (parrillas grizzly) es donde se tiene la mayor

disminucin entre fragmentacin primaria y secundaria (25% de disminucin) para alturas

de extraccin bajas (120 m). Respecto al manejo de minerales ms gruesos (LHD) se

muestra que existe una menor variacin entre las fragmentaciones, mximo un 15% para las

colpas de 1 m3y de 10% para colpas de 2m3, a pesar de una altura de extraccin de 400 m.

No se tienen registros de que este chart (Figura 6)est validado en Divisin El Teniente.

Figura 6 Fragmentacin por hundimiento distribucin de tamaos. Laubscher, 1994

2.3.3.3Metodologa El TenienteBlondel y Soffia (1990), generaron un modelo para predecir fragmentacin in-situ. Se toma

como base la existencia de tres sets de discontinuidades ortogonales entre s. Para la

generacin del modelo se genera un modelo unidimensional y luego un modelo

tridimensional.

En el modelo unidimensional, se genera la distribucin de la variable frecuencia fractura

por metros (ff/m), a travs de una lnea de detalle en una de las tres direcciones; se

comporta segn una distribucin exponencial de la siguiente forma:


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() = ( ) ( 1 )Donde la distribucin acumulada de sobretamaos de espaciamientos por conjunto de

unidades geolgicas es:

() =() = ( ) = 1( ) ( 2 )Donde:

= Frecuencia fractura por metros (ff/m)

x = Valor de espaciamiento en metros

El parmetro alpha () corresponde a la inversa de la media de la distribucin exponencial

=(1 ) /2 ( 3 )Una vez generadas las distribuciones de tamao en tres direcciones, se genera el modelo

tridimensional. En este modelo se asume ortogonalidad e independencia de los tres sets

estructurales principales. La distribucin volumtrica de tamao de fragmentos es:

=

1(

)

2(

)

3(

) ( 4 )

= [(1(1 ))(1(2 ))(1(3 ))] ( 5 )La mayor limitante de este mtodo de prediccin de fragmentacin in-situ es el hecho de

que est basado en la existencia de tres sets de estructuras ortogonales, situacin irreal en

algunos casos. Adems, no considera la condicin (alteracin, relleno) de los sets de

discontinuidades.

2.3.3.4Block Caving Fragmentation (BCF)Generado por Esterhuizen (1999), es un programa desarrollado para estimar el tamao de

los fragmentos de roca reportados en los puntos de extraccin durante el block caving. Este

software usa una tcnica simplificada para determinar bloques in-situ y reglas empricas


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(basadas en experiencias de Laubscher) para predecir cmo los bloques se reducirn.

Actualmente BCF es el mtodo ms amplio y completo para fragmentacin in-situ,

primaria y secundaria en block caving.

Contiene tres mdulos principales (Eadie, 2003):

- Fragmentacin primaria: Clculo de la fragmentacin de la roca que rodea elmacizo rocoso. El clculo est basado en orientacin y espaciamiento de

discontinuidades y campo de esfuerzos existente.

- Fragmentacin secundaria: Calcula la ruptura de la roca mientras se mueve durantela extraccin de la columna. El clculo considera factores de forma de los bloques,

resistencia del bloque, presin del cave, esfuerzos inducidos por arqueamiento de la

columna de extraccin y la altura de extraccin.- Anlisis de colgaduras. Determina las colgaduras posibles en una batea usando la

fragmentacin secundaria como dato de entrada. Este anlisis se genera en el

proyecto Palabora.

Respecto a la informacin de entrada bsica para el software Block Caving Fragmentation

(Esterhuizen), se requiere: (Eadie, 2003):

Discontinuidades:- Dip y Dip direction de cada set de discontinuidades (valor medio y rango).- Espaciamiento mnimo y mximo de discontinuidades junto con el tipo de

distribucin asociada.

- Condicin de discontinuidades.

Resistencia macizo rocoso: La resistencia del macizo rocoso es requerida para calcularel potencial esfuerzo de desprendimiento durante la fragmentacin primaria y para

determinar si los bloques se dividirn cuando se forme el arco (cave-back) en la

columna de extraccin.

- IRS (Intact Rock Strength Laubscher (1990)).- IBS (Intact Block Strength - Laubscher(2001)), este valor depende del IRS y la

presencia y condicin de las vetillas existentes.


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- Clasificacin macizo rocoso (IRMR (Rock Mass Rating - Laubscher)).- Valor m del Criterios de falla de Hoek and Brown (1997).

Orientacin frente de hundimiento:- Dip y Dip direction de la orientacin del frente de hundimiento.

Esfuerzos: Los esfuerzos existentes en el frente de hundimiento son necesarios por elprograma para decidir si la separacin de compresin, corte o tensin ocurrir a travs

de la superficie de la discontinuidad que posiblemente es formadora de bloques.

BCF entrega un set de grficos que representan la distribucin de tamaos y otras

estadsticas de los bloques de roca en cualquier etapa de extraccin. Si bien es el software

ms completo a la fecha, dado que considera mecanismos de ruptura para fragmentacin

secundaria, es de difcil manejo por la cantidad de datos de entrada.

2.3.3.5JKFragMtodo para identificar bloques in-situ y fragmentacin primaria, desarrollado por Eadie

(2003) como parte del International Caving Study Stage I. Su principal diferencia respecto

a los otros modelos es que utiliza una modelacin de discontinuidades ms desarrollado,donde se toma un modelo de discontinuidades y se aplica Tessellation Procedure; mtodo

que permite relacionar, mediante triangulaciones, una vecindad de discontinuidades.

Eadie (2003) reconoce que una de las principales desventajas de BCF, respecto a la

prediccin de la fragmentacin primaria, es la forma de incluir el tamao de las

discontinuidades formadoras de bloques. Un ejemplo de esto se seala en la Figura 7,

donde se tienen modelos de discontinuidades que slo difieren del tamao de stas, se

desprende que estos modelos se comportarn de manera muy diferente luego de iniciado elcaving. Adems, Eadie seala que cada bloque es, y debe ser, definido en relacin de todos

los bloques que lo rodean en la vecindad correspondiente, algo ignorado por BCF.


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Figura 7 Eadie (2003) - Ejemplo de dos modelos de discontinuidad que difieren en el tamao de estas

Se caracteriza por tener dos procesos independientes: simulacin de las propiedades del

macizo rocoso y determinacin de la fragmentacin in-situ y primaria.

La informacin de entrada de JKFrag, corresponde a (ICS I Zamora (2003)):

Informacin de cada set de discontinuidades.- Dip y Dip direction de cada set de discontinuidades (valor medio).- Espaciamiento medio discontinuidades.- Constante de Fisher asociada (medida de dispersin de un set de discontinuidades).- Condicin de rugosidad y alteracin de discontinuidades (Jr/Ja - resistencia al

cizalle entre bloques).

Esfuerzos y Propiedades Macizo Rocoso.- Esfuerzo inducido (mnimo y mximo).- UCS promedio.

El supuesto base es que los bloques in-situ son definidos por discontinuidades pre-

existentes en el macizo rocoso. Cada discontinuidad se asume como potencial cara de un

bloque y cada interseccin de discontinuidades se asume como un potencial borde del

bloque. Adems, para que se forme un bloque, deben interceptarse una serie de

discontinuidades hasta que encierren un volumen. Como resultado, cada bloque tambin

puede contener discontinuidades.


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Este mtodo permite relacionar las discontinuidades como un conjunto, adems permite

definir y medir de manera eficiente espacios cerrados y casi cerrados dentro de un modelo

de discontinuidades de un macizo rocoso.

Para validar en faena este mtodo predictivo de fragmentacin in-situ y primaria, slo sepuede comparar los valores modelados con observaciones de fragmentacin asociadas a

bajas extracciones de columna y tiempos de residencia. En la pgina 28 se presenta el

estudio donde se comparan, con datos de faenas, los modelos predictivos de JKFrag y BCF.

2.3.3.6SizeEsta metodologa creada por Merino (1986), permite predecir la fragmentacin primaria y

secundaria de una mina de block/panel caving.

La estimacin de la fragmentacin primaria se calcula a partir de la frecuencia de fracturas

por metro de cada set principal de discontinuidades y luego se realizan simulaciones de

Montecarlo para determinar el tamao de los bloques primarios.

La fragmentacin secundaria se calcula evaluando dos funciones: funcin de seleccin y

funcin de quiebre. Lo anterior se realiza para cada una de las etapas por las cuales pasar

cada bloque, etapas que son determinadas por un slice en el cual ocurrir un solo evento deruptura, donde cada slice corresponde a un 20% de extraccin del bloque.

Respecto a la funcin de seleccin, se basa en la forma de los fragmentos para elegirlos y

para que luego sean quebrados, mientras mayor sea el factor de forma, mayor probabilidad

de que sea seleccionado. Para la funcin de quiebre, el programa asume que un bloque

seleccionado se quiebra en dos. Luego, segn la forma de cada nuevo trozo existe la

posibilidad de volver a ser seleccionado y quebrado, slo si el tamao de los fragmentos es

menor a 0,01 m3

no podr ser seleccionado.

En general, este mtodo se basa principalmente en la informacin de las frecuencias de

fractura por metro de los sets de discontinuidades, no se considera informacin de entrada

relevante como condicin de esfuerzos o informacin de relleno de discontinuidades.


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2.3.4 Estudios de fragmentacin en minera por block/panel cavingLa fragmentacin de roca en block caving puede ser abordada desde diferentes ngulos. El

rea que ms ha sido desarrollada son los estudios de predicciones de fragmentacin y

back-anlisis, en este ltimo se comparan los modelos predictivos de fragmentacin de rocacon datos reales de fragmentacin obtenidos en faenas en operacin.

Se presentan los estudios principales de back-anlisis.

2.3.4.1Estudios en Divisin El TenienteEl 2008, la Superintendencia de Geologa de Divisin El Teniente presenta un resumen de

los estudios de fragmentacin de roca realizados en la divisin.

Resumen estudios fragmentacin de roca - Divisin El Teniente - CODELCO Chile

Prediccin Medicin Validaciones

Quebrada Teniente (1991,1992) Teniente 4 Sur (1994) Blondel et al. (1990)

Extensin Norte Ten-5 Pilares (1993) Esmeralda (1999) Pereira (1995)

Esmeralda (1994, 1996) Teniente 4 Regimiento (1999) Ingeroc (1998)

Teniente 3 Isla Hdto. Previo (1996) Teniente 4 Sur Sub 4 (2003) Campos (2005)

Pipa Norte (1999, 2000) Diablo Regimiento (2005 2007)

Reservas Norte (1999) RENO (2007)

Diablo Regimiento (1998, 2000) Teniente 4 Sur Tonalita (2007)Proyecto NNM (2005)

Tabla 1 Resumen estudios de fragmentacin de roca en Divisin El Teniente - CODELCO

La Tabla 1 muestra una gran cantidad de estudios realizados en Divisin El Teniente,

respecto al tema de la fragmentacin de roca. Lo anterior no hace ms que reflejar la

importancia del tema.

Referente a las predicciones, estos estudios son necesarios en las primeras etapas de

ingeniera de los proyectos de cada sector, dado que ayudan a definir el diseo minero a

utilizar (manejo de minerales, layout nivel de produccin, entre otros). Al pasar los aos, el

tipo y calidad de informacin van variando, lo que permite realimentar los siguientes

estudios (mediciones y validaciones).


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En las mediciones de fragmentacin, se sealan ciertos estudios y se excluye el monitoreo

peridico de la fragmentacin en los puntos de extraccin, realizada por personal de control

produccin, en cada uno de los sectores productivos.

En los estudios de medicin sealados en Tabla 1, destaca un back-anlisis general queincluye las mediciones realizadas el 2007 en los sectores Diablo Regimiento, Reservas

Norte y Teniente 4 Sur Tonalita (Hurtado et al. 2007). Este estudio es el ms completo a la

fecha y la motivacin radica en poder aumentar el grado de confianza de las curvas de

fragmentacin predictivas para el proyecto Nuevo Nivel Mina.

En general, se distinguen tres etapas principales en este estudio: recoleccin de datos en

terreno, procesamiento de la informacin obtenida y anlisis de datos.

La informacin recolectada en terreno, durante 23 meses, considera tres partes principales:

inspecciones en terreno (distribucin tamao fragmentos y estado del punto de extraccin),

mapeo de colpas (dimensiones colpas) e informacin de reduccin secundaria (altura

colgadura, distribucin tamao bolones y tipo y cantidad de explosivo).

Respecto al procesamiento de datos, adems de generar planillas con la informacin

recolectada en terreno se agrega informacin de produccin de los sectores muestreados

(extraccin turno) e informacin del modelo de reservas (tonelaje extrable y altura de

columna de extraccin para los puntos de extraccin en estudios). Posterior a esto, se

procesa la informacin y se analiza. El anlisis de los datos arroja la siguiente tabla

resumen:


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Tabla 2 Resumen estudio back-anlisis fragmentacin Diablo Regimiento, Reservas Norte y 4Sur - DET

El mapeo geolgico de las colpas en Diablo Regimiento (Galaz, 2007) no entrega

evidencias claras de los efectos del hidro fracturamiento sobre la fragmentacin, dado que

no existe un cambio de proporcin de la generacin de caras de colpas a travs de

estructuras geolgicas (82%) y las definidas a travs de la matriz de roca (18%) respecto a

estudios anteriores (Zuiga (1979), Pereira (1995), Figueroa (2003)).

S se corrobora que al aumentar la extraccin de mineral disminuye el tamao de los

fragmentos, representado en la disminucin de colpas mayores y aumento de finos.

Tanto en 4-Sur como Reservas Norte, se generaron las curvas de fragmentacin con datos

pertenecientes a alturas de columnas bajas (menor a 50 metros), dado que son ms

representativas de la fragmentacin primaria y se evita el efecto de la dilucin de otros

puntos de extraccin vecinos. Esto ltimo no es sujeto a anlisis en este estudio. En Diablo

Regimiento, se consider hasta los 45 metros (zona sin pre-acondicionamiento).

Para la generacin de las curvas de fragmentacin, se utilizan dos grupos de distribuciones

de tamaos, la primera obtenida a la informacin recopilada en la inspeccin a los puntos

de extraccin (puntos de extraccin abocados (sin ventana) distribucin de tamaos fina)

y la segunda obtenida de los anlisis de reduccin secundaria (distribucin tamao bolones,


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Figura 9 Bandas que definen las curvas de fragmentacin. Back-anlisis fragmentacin 2007. DET

2.3.4.2Estudio de validacin Palabora-El SalvadorEn marco del International Caving Study II, se realiz un estudio de la fragmentacin

primaria en las minas Palabora-Sud frica y El Salvador-Chile. Para las predicciones de los

volmenes de los fragmentos de roca se utilizaron las metodologas BCF y JKFrag.

Este estudio se caracteriza por tener dos etapas principales, la primera referente a las

mediciones de fragmentacin en terreno y la segunda relacionada a los modelos predictivos

de fragmentacin.

Respecto a las mediciones de fragmentacin, realizada mediante Digital Image Processing,

primero se realiz el muestreo de fragmentacin en los puntos de extraccin, luego

mediante metodologa Flip Chart y 3DMaerz se pudo llegar a la distribucin de tamaos

real de los bloques. Para el muestreo de fragmentacin, en Salvador fueron tomadas 7052

fotografas de las cuales fueron analizadas 964. En cambio en Palabora se tomaron 340

fotografas y fueron analizadas 59. Las alturas de columnas de extraccin muestreadas

fueron de hasta 150 m en Salvador y 50 m en Palabora. Adems, se considera que las

alturas bajas (< 50m) son ms representativas de la fragmentacin primaria.


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Referente a los modelos predictivos de fragmentacin, la informacin de entrada fue

informacin de las fracturas, del macizo rocoso, hundimiento y extraccin. Con la

informacin de entrada se pudo generar la red de discontinuidades y posteriormente la

generacin de los perfiles de tamaos de fragmentacin de los bloques (in-situ y primaria)

en los modelos predictivos.

En Salvador, las mediciones de fragmentacin arrojaron que existe una disminucin del

tamao de los fragmentos a medida que aumenta la extraccin, esto fue atribuido a un

proceso de conminucin y entrada del material diluyente remanente (material entr a los

50-75 m de altura de la columna de extraccin). En Palabora, entre los 0-35 m de altura de

columna no existe variacin de la fragmentacin, los cambios fueron observados sobre los

150 m de la columna (Zamora, 2003).

La prediccin de la fragmentacin primaria tiene una gran dependencia de la funcin de

distribucin utilizada para el espaciamiento de las discontinuidades (funcin exponencial o

log normal), geometra de las discontinuidades y las condiciones de esfuerzo y resistencia

de la roca.

En Palabora, JKFrag es ms conservador, sobreestimando los tamaos de las predicciones

de fragmentacin. En cambio en Salvador, las predicciones en BCF son ms conservadoras.

Los modelos de prediccin (BCF JKFrag) presentaron problemas en el modelamiento de

los rangos extremos de fragmentacin, lo cual est relacionado con el tipo de la distribucin

utilizada y el manejo de la informacin (datos brutos truncados).


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Figura 10 Curvas de fragmentacin en back-anlisis Mina Palabora (Dolorita), ICS II

JKFrag proporciona mejor representacin de la fragmentacin in-situ. Respecto a la

fragmentacin primaria, JKFrag en general tiene una buena correlacin con las medicionesde fragmentacin, especialmente en Salvador (verFigura 11).

En Salvador, las predicciones de BCF en general son ms cercanas a las mediciones de

fragmentacin para alturas de columna superiores en comparacin a JKFrag. En lo global,

ambos mtodos dieron resultados satisfactorios (Zamora, 2003).


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Figura 11 Curvas de fragmentacin en back-anlisis Mina Salvador (Andesita), ICS II

2.3.5 Estudio REBOP Fragmentacin en Caving

Silva y Vera (2005) presentan un estudio realizado en mina El Salvador de CODELCOChile, para evaluar el flujo gravitacional en roca primaria pre-acondicionada. El objetivo

fue la calibracin de un modelo que permita obtener una estimacin de la fragmentacin

observada en los puntos de extraccin ubicados en el nivel de produccin del sector Inca

Central Oeste; estimacin que permite cuantificar el impacto del hidro fracturamiento.

Para este estudio se utiliza REBOP (Rapid Emulator Base on PFC3D), software

desarrollado principalmente para simular flujo gravitacional. Si bien se tiene informacin

de mediciones de fragmentaciones tomadas en los puntos de extraccin (medidas reales), seintenta simular estas mediciones a travs de REBOP.

A travs de la informacin proveniente del modelo de bloques (Leyes, RQD, Var(RQD),

UCS, ff), se genera una distribucin de tamaos de fragmentos para cada bloque - dimetro

caracterstico (Dcarac) estas distribuciones de tamaos se ingresan como datos de entrada a


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REBOP y luego sern capturadas como datos de salida de los marcadores post-

simulaciones. Cabe sealar que para generar los tamaos de fragmentos, se utiliza el

cociente RQD/Jn, y para dar rangos y distribuciones de tamaos de fragmentos en cada uno

de los bloques se usan distribuciones de probabilidad para el numerador y denominador,

para as generar un valor no determinstico del Dcarac(ver Anexo A).

Si bien no se seala la versin de REBOP utilizada para calibrar los parmetros del

software de flujo gravitacional, se analiza: concordancia entre el tonelaje programado y

extrado por REBOP, comparacin de aparicin de TAG reales de flujo gravitacional en

Mina Salvador y TAG simulados en REBOP y por ltimo la correlacin entre las

fragmentaciones medidas en terreno y las simuladas en REBOP.

La calibracin del tonelaje programado y extrado se realiza haciendo ajustesprincipalmente en la calibracin de los parmetros de porosidad del material antes y

despus del proceso de caving. Se concluye dejar valores de 0 y 0,2 respectivamente. Estos

parmetros definen la forman del elipsoide de movimiento y relacin entre elipsoides de

extraccin y movimiento (asegurar material quebrado antes de extraccin).

Con las calibraciones antes mencionadas se lleg a un buen ajuste entre el tonelaje

programado y el tonelaje extrado por el software de flujo gravitacional. No se cuantifica el

grado de ajuste (error relativo o error cuadrtico medio, por ejemplo). Cabe sealar que nose da otra informacin de calibraciones sobre otros parmetros de entrada, como por

ejemplo, densidad de roca, ngulo de friccin, resistencia a la compresin uniaxial o

informacin sobre la forma de las bateas.

Adems, se tiene informacin histrica de mediciones de fragmentacin en los puntos de

extraccin, informacin que representa la fragmentacin real. Luego, para la calibracin de

fragmentacin real y fragmentacin simulada, se seala que dado que el software no tiene

capacidad para simular la fragmentacin primaria y que el efecto de la fragmentacin

secundaria es marginal, se opta por modificar los parmetros de entrada del modelo de

bloques.

Por esto, se genera una funcin llamada Factor de Ruptura (ver Anexo B) que es aplicada

a cada Dcarac y que permite simular el efecto de la fragmentacin primaria (vecindad del


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cave-back). Esta funcin bsicamente depende del esfuerzo inducido 1 (constante e igual a

45 MPa), resistencia a la compresin uniaxial (informacin del modelo de bloques) y

parmetros que describen discontinuidades y estn asociados al Q de Barton (Jr y Ja). No se

considera direccin del frente de hundimiento, ni variacin de los esfuerzos en altura o

espaciamiento entre discontinuidades.

Posterior a la aproximacin antes sealada, se obtuvieron tamaos menores de fragmentos,

que simbolizan la fragmentacin primaria simulada. Luego se obtuvieron correlaciones

aceptables entre la fragmentacin real y la fragmentacin simulada en REBOP. No se

cuantifica el grado de correlacin entre ambos grupos.

Este estudio no considera el hecho de que la fragmentacin real observada en los puntos de

extraccin es en realidad fragmentacin secundaria, la cual tiene relacin al proceso deextraccin. Y, a pesar de que se haya subestimado el efecto de la fragmentacin secundaria,

s hay otros efectos que considerar, como por ejemplo el tema de la mezcla con material de

sobrecarga o dilucin. Adems, no se concluye nada respecto a una de las motivaciones de

este estudio que era evaluar el efecto del pre-acondicionamiento sobre la fragmentacin de

roca primaria.

2.4 Modelos de flujo gravitacionalEl concepto de flujo gravitacional tiene relacin al movimiento de partculas (traslado y

rotacin) por efecto de la gravedad. Este estudio se centrar en el flujo gravitacional de roca

en minera masiva.

Cabe mencionar que el flujo gravitacional es una de las reas ms relevantes en lo que es la

minera por hundimiento masivo, ya que tiene injerencia en diversos temas, siendo uno de

los temas ms relevante el diseo de mallas de extraccin (Gonzlez (2008); Vargas

(2010)). En este estudio, particularmente, se dar nfasis a los modelos de mezcla parapuntos de extraccin en minera por block caving. Pero, para poder mencionar los modelos

de mezcla, primero hay que explicar la base del flujo gravitacional


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Las principales investigaciones se sealan a continuacin (Castro, 2009):

- Lehman (1917). EEUU- Kvapil (1950-1960, 2004)- Creigton Mine (1968). Canada- Shabanie Mine (1981). Zimbabwe- Colorado School of Mines (1984).

EEUU

- CIMM (1994). Chile

- Universidad de Chile (1999-2000). Chile- International Caving Study I (1997-2000).

Australia- International Caving Study II (2000-

2004). Australia

- Mass Mining Technology Project (2004-2008). Australia

2.4.1 Modelos fsicos de flujo gravitacional

Las primeras investigaciones de flujo gravitacional en minera por hundimiento sonrealizadas por Kvapil (1965) y son enfocadas, luego de estudiar movimientos granulares en

silos, a minera por sub level caving y posteriormente a block caving. Kvapil, parte

realizando modelos de arena en dos dimensiones que permiten describir cuantitativamente

el flujo gravitacional. La base de esta cuantificacin consiste en la capacidad de poder

distinguir dos volmenes que permiten caracterizar el flujo granular (Kvapil. 1965).

El primer volumen representa la extraccin de material por el punto de extraccin, en

cambio, el segundo volumen queda determinado por el lmite entre el material que cambiade posicin y el material que permanece en reposo. Los primeros modelos de Kvapil

muestran que estos volmenes tienen una forma elipsoidal y los denomin como elipsoide

de extraccin y elipsoide de movimiento respectivamente. La relacin geomtrica

cuantificada entre ambos elipsoides y la caracterizacin de estos, es presentada en laFigura

12.

Posteriormente, Kvapil postula que existen dos tipos de flujo granular aislado, el primero es

el flujo elptico cercano al punto de extraccin, caracterizado por una diferencia de

velocidades en el material. El segundo, es el flujo cilndrico, condicin lejana al punto de

extraccin cuyas dimensiones no se ven influenciadas por el punto de extraccin, pero s

son dependiente del tamao de partcula.


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Otros autores, al realizar estudios con material fragmentado distinto a la arena utilizada en

las investigaciones de Kvapil, especficamente con grava, sealan que es posible

representar de mejor manera el mineral que fluye a escala mina (Rustan, 2000; Power,

2004).

Durante el International Caving Study II (2000-2004), se construye un modelo fsico en tres

dimensiones, utilizando grava, para investigar si las teoras de tiraje aislado e interaccin

entre puntos eran aplicables a materiales gruesos. De este estudio, se concluye que en

condiciones de tiraje aislado la zona de flujo en materiales granulares aumenta su

excentricidad con la extraccin. Adems, las zonas de extraccin en flujo aislado se ven

influenciadas principalmente por la altura del material y por la masa extrada del punto

(Castro et al., 2007).

Figura 12 Concepto elipsoides de extraccin en flujo gravitacional de material quebrado (Kvapil, 1992)

2.4.2 Modelos matemticos de flujo gravitacionalLa modelacin fsica del flujo gravitacional da paso a la posterior modelacin matemtica

de este fenmeno. Actualmente existen dos ramas principales de los modelos matemticos,

los autmatas celulares o modelos estocsticos y los modelos resolutivos de ecuaciones de

balance de masa.

8/12/2019 Tesis Blo

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