Magíster en Minería / En las operaciones mineras subterráneas a gran escala, como Block/Panel Caving, el ingreso de agua desde la superficie y provenientes del subsuelo mismo es una condición inherente, así mismo, la naturaleza de dichos métodos de explotación condiciona que el bloque mineralizado sea altamente fracturado y que se comporte como un flujo granular que desciende hasta el punto de extracción por gravedad. Procesos de conminución secundaria genera material de granulometría fina que en conjunto con el agua circundante forma barro. Las múltiples perturbaciones del medio (sismos, vibraciones, cargue de material, tronadura, etc.) desencadenan el ingreso súbito del lodo (mud rush) a los niveles de producción y transporte de las minas, produciendo pérdidas de vidas humanas y económicas. El objetivo principal de esta tesis, es conocer los mecanismos físicos del flujo de agua, la cual es la fuerza movilizadora del barro, así como su trayectoria y velocidad hacia los puntos de extracción de mineral, en un medio granular que experimenta difusión de vacíos a causa del desarrollo de la explotación. Esto se ha realizado, a partir de 1200 experimentos numéricos 2D en Comsol Multiphysics ®, considerando porosidades diferenciadas, un medio saturado, continuo, isotrópico y homogéneo y además acoplando la ecuación de Brinkman-Darcy y el modelo cinemático modificado de material granular bajo una solución analítica por Métodos de Elementos Finitos (FEM). Las variables involucradas en el análisis numérico son: densidad local, diámetro de las partículas, área de extracción, separación entre puntos de extracción, velocidad inicial del flujo y estrategia de conexión del Caving. Para cada una de estas, se evaluó su relación de interdependencia y el control que ejercen sobre el comportamiento del flujo de agua para un punto de extracción con tiraje aislado y dos puntos de extracción con tiraje simultáneo. Los resultados permiten sugerir para el caso aislado, que la velocidad del agua a la salida del punto de extracción sigue una tendencia exponencial en relación con el área extraída, es decir, una extracción continua genera la reducción de la velocidad esperada y constituye una estrategia sólida y eficaz de drenaje de la zona activa de movimiento del flujo granular (IMZ). La granulometría y el cambio de densidad local controla la geometría del IMZ, facilitando el flujo de agua hacia el punto de extracción en un 10.58% a 23.31%, respectivamente. Para el caso simultáneo, es importante mencionar que dos puntos alejados entre sí, se comportan como dos puntos aislados que reciben un aporte del 50% de la velocidad inicial, pero sí la separación disminuye, la velocidad esperada se reduce considerablemente por el aumento de zonas altamente permeables que crean nuevas rutas hacia la zona superpuesta. Por otro lado, la estrategia de conexión del Caving controla el flujo de agua en función de la geometría del cave back, donde un tiraje uniforme permite evitar la entrada prematura de agua al nivel de producción. Los dos modelos matemáticos que sintetizan lo anterior, poseen errores relativos de predicción entre 0,83% y 6,09%, y permiten una estimación de la velocidad del agua en el punto de extracción, lo que ayudará a anticipar el tiempo y lugar donde se tiene mayor probabilidad de ocurrencia de un bombeo de barro (mud rush).

El proyecto panel 4 de la mina Teniente 4 Sur Codelco Chile forma parte de la cartera de proyectos de contingencia de la división, que tiene por finalidad recuperar reservas de buena ley en sectores colapsados, que fueron abandonados con una baja extracción.. Se define aplicar el método de explotación por hundimiento Panel Caving basado en los resultados de la metodología de Nicholas, considerando: • El tipo de roca en donde se encuentra emplazado el polígono a explotar. • La experiencia positiva adquirida en la recuperación de reservas en los colapsos de los paneles 1 y 2 del lado norte de la misma mina Teniente 4 Sur. No se considera la construcción de un nivel de hundimiento, ya que el sector fue hundido previamente y se extrajo hasta un 5% de su tonelaje, por lo que se aprovecha la excavación de las zanjas del nivel de producción, para generar la socavación y de esta manera recuperar las reservas del área superior colapsada. El nivel de producción del proyecto Panel 4 Teniente 4 Sur, se emplaza en la misma cota donde se encuentra el subnivel de ventilación (SNV) de Teniente 4 Sur, abarcando un área de 16.300 [m2 ], a una cota 2.341 [m.s.n.m.]. La producción se entrega a los cruzados 55 y 60 de FFCC Teniente 5 y desde allí es destinada a la planta de beneficio ubicada en Colón. La malla de extracción considerada es de 15 [m] x 17,2 [m], con orientación de las calles N-S y las zanjas ubicadas en posición N 60º W. Las reservas quebradas sobre el nivel de producción propuesto del Panel 4, corresponden a 15,4 millones de toneladas con ley media de 1,27 [%] CuT. El proyecto considera un tiempo de desarrollo y construcción de 8,8 meses. La producción estimada para el primer año de 3.300 [tpd], alcanzando un régimen de 7.000 [tpd], desde el segundo año con un tiempo de vida de 7 años. La evaluación económica para el proyecto entrega un VAN de 138.541 [KUS$] Se recomienda asegurar el hundimiento del sector sur del Panel 4 con un frontal caving en retroceso (de norte a sur) en el nivel de producción antiguo, antes de quemar las zanjas del nuevo nivel.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 27/11/2020. / Geólogo / Mina Ministro Hales (MMH), ubicada unos 7 km al norte de la ciudad de Calama en la región de Antofagasta, forma parte de una de las principales agrupaciones de reservas cupríferas a nivel mundial, junto a los depósitos minerales de Chuquicamata, Radomiro Tomic y Mina Sur, pertenecientes a Codelco Norte, todos ellos alineados en sentido norte-sur por un control que habría ejercido la Falla Oeste, perteneciente al Sistema Estructural Falla Domeyko. El depósito MMH, es un pórfido cuprífero de Cobre y Molibdeno, con emplazamiento de Brechas Hidrotermales tardías mineralizadas con Cobre, Plata e impurezas de Arsénico, asociadas a un sistema de alta sulfidización. El depósito se ha subdividido en tres sectores: norte, central y sur, siendo el sector central del de mayor valor económico y la zona donde se realizó este estudio. El determinar que MMH reunía las condiciones para ser un proyecto rentable, consideró la integración de estudios de toda la información preexistente acerca del depósito, particularmente la proveniente de los sondajes perforados con fines de evaluación económica y la conceptualización geológica de la génesis del depósito mineral. Actualmente el yacimiento está en su etapa de explotación a rajo abierto, pero a futuro se considera extraer los recursos por métodos de explotación subterránea. Este trabajo analiza el comportamiento geoquímico de un grupo de elementos químicos y como estos se relacionan con las alteraciones dominantes, litologías principales y mineralogía de mena del sector central de MMH. Los análisis químicos que conforman las bases de datos utilizadas en este estudio, corresponden a una información pre existente, que fue obtenida de muestras de testigos de sondajes realizados entre los años 2000 y 2009. Una de las bases analiza 9 elementos químicos: Cu, Mo, Au, Ag, As, Sb, Pb, Fe y Zn utilizando el método de Absorción Atómica (AAS) y la otra base, analiza 49 elementos químicos utilizando el método de Plasma de Acoplamiento Inductivo (ICP-MS e ICP-AES). Ambas bases de datos se depuraron por separado utilizando Microsoft Excel, seleccionando sólo 24 elementos para procesar estadísticamente sus datos mediante software STATISTICA 8.0 e ioGAS-64 y luego se analizaron los resultados para los casos univariable, multivariable y también por lo entregado en diagramas caja y bigote. Del análisis estadístico realizado en ambas bases de datos se infirió, que el Cu, Ag, Mo y Au, se asocian a la Alteración Argílica Avanzada de alta sulfidización y a las Brechas Hidrotermales, que el Mo asociado a etapas de alteración/mineralización temprana de zonas profundas del yacimiento, por probable telescopeo habría ascendido hasta cotas superiores hasta zonas de Zn, que el Mo y el Re estarían asociados a un evento temprano de alteración/mineralización presumíblemente generado por la intrusión del Pórfido MM. Cu, Ag, As, Bi, S, Se y Sb tienen alta correlación, probablemente por la ocurrencia de minerales como Enargita y de la serie Tenantita-Tetraedrita que se asocian con la etapa de alta sulfidización que acompañó la formación de las Brechas Hidrotermales. Al y K como elementos químicos formadores de roca con sus elementos traza asociados, probablemente están vinculados a las unidades litológicas Granodiorita MM, Diques de Pórfido Dacítico y Pórfido Feldespático. El Al se acompañaría de los elementos traza Ga, Li, Ge, Sc, U y V y el K con Ru, Sc, Th y Tl. El conjunto de análisis químicos evidencia claramente la sobreimposición del evento tardío de alteración Argílica Avanzada y mineralización de alta sulfidización asociada al mismo. Esta sobreimposición oblitera gran parte de la mineralización introducida en etapas previas. Sin embargo, el análisis estadístico indicaría la independencia de la mineralización de Mo (con Re asociado) probablemente acompañado de Cu más tempranamente y la de Pb-Zn. Las rocas del depósito muestran valores de concentración bajo el Clarke para, Al, Fe, Ga, Ge, K, Li, Rb, Sc, Th, U y V, los cuales probablemente fueron lixiviados por los procesos hidrotermales que afectaron al yacimiento durante su formación.

Las metodologías actuales para la estimación de reservas en Block o Panel Caving se basan en principios de mezcla propuestos hace más de 25 años, cuando se intentó representar la física del flujo gravitacional mediante un modelo volumétrico de mezcla vertical que simula el proceso entregando leyes diluidas por altura (modelo de Laubscher). A partir de esta primera aproximación, se han generado mediante las investigaciones posteriores sobre el tema (International Caving Study), modelos de flujo gravitacional basados en balances de masa (REBOP) y en criterios mecánicos del caving, que permiten modelar de forma más acertada el fenómeno, incluyendo mezcla vertical y lateral. En este trabajo de título se propone una metodología para la estimación de reservas de Block/Panel Cavingen la cual se utilizó REBOP en el modelamiento del flujo gravitacional. De esta forma, se realizó un estudio para cuantificar las reservas extraíbles en función de las distintas secuencias de extracción, y se compararon los resultados con la metodología tradicional que utiliza sólo mezcla vertical. Para ello, se utilizó la herramienta de planificación (MSBPC) y se propuso recomendaciones para su implementación. Se analizaron tres casos, considerando el origen de la dilución para distintas secuencias de extracción: el primero sólo dilución vertical, el segundo sólo lateral y el tercero considerando ambas. En el caso donde la dilución es vertical, el modelo de Laubscher tiende a sobreestimar el valor de la ley entre un 2,7% y un 8,3% dependiendo de la secuencia de extracción. Generalmente, las menores diferencias se obtienen para secuencias tipo panel caving. En el segundo caso se concluye que la incidencia de la dilución lateral afecta prácticamente sólo a los puntos externos, para los puntos externos, la dilución lateral comprende entre un 32% y un 37% del material de las columnas. En los valores estudiados de dilución mixta se observa una diferencia significativa en la estimación de leyes. El modelo de Laubscher sobreestima las leyes y los finos entre un 12% y un 17% con respecto al modelo de REBOP, dependiendo de la secuencia de extracción. En general, las secuencias tipo block caving al comparar la situación para ambos métodos de explotación, son las que tienen la menor correlación con el modelo de mezcla vertical, por lo que se obtiene para estos casos, reservas con una ley más baja y menor cantidad de finos. Luego de generar los modelos de bloques diluidos en función de las distintas secuencias de extracción, la metodología plantea volver a estimar la envolvente económica. Los resultados obtenidos muestran, una mejoría con respecto al modelo de Laubscher en el VAN operacional de un 3,6% a 12,5% para Panel Caving y Block Caving respectivamente. Estos resultados muestran la conveniencia de introducir un modelo de flujo gravitacional en el proceso de estimación de reservas. Al incorporar el concepto de flujo gravitacional dentro del procedimiento, se establecen diferencias claras con respecto a lo obtenido al método de Laubscher, ya que considera la dilución horizontal en el modelo de mezcla disminuyendo la ley media y los finos totales.

En este trabajo de título se pretende dar a conocer el proyecto de diseño y dimensionamiento de la planta de procesamiento de concentración por selección óptica automática de esmeraldas para la mina Muzo, ubicada en la localidad de Muzo, en el Occidente del Departamento de Boyacá, Colombia. Se plantea la necesidad de aumentar la capacidad de tratamiento de la actual planta de procesamiento (manual), para en un futuro pasar de una producción de 50 TPD mina hasta alcanzar una producción óptima de al menos 250 TPD, lo que involucraría un aumento en la producción de esmeraldas. Se aumentará conjuntamente la producción minera y la capacidad de tratamiento. Primero, como en todo proceso mineralúrgico, se determinó la granulometría de alimentación del mineral a la planta y algunas características físicas propias del mineral a procesar. Se diseñó el diagrama de flujo que depende directamente de las características del mineral a tratar y del proceso de preconcentración óptica que se quiere implementar. El dimensionamiento viene dado por la capacidad de producción actual y futura de la mina. Este diagrama de flujo consta de 4 harneros en que el mineral será clasificado, lavado y soplado; y de dos seleccionadores ópticos que tratarán las fracciones granulométricas ya separadas. Finalmente se realizó una estimación de las inversiones involucradas en este proyecto y la evaluación económica del mismo. La inversión total estimada en función de la inversión en los equipos principales es de 6,3 millones de euros. Para hacer la evaluación económica fue necesario basarse en varios supuestos, tales como: la recuperación del proceso actual, que la producción de esmeraldas aumenta linealmente con respecto al tonelaje producido por la mina y que será posible alcanzar una producción mina de 250 TPD con el cambio en el método de explotación minera. Para que el proyecto sea rentable, en un horizonte de 5 años se deberá aumentar la producción desde 50 TPD a 74 TPD como mínimo. Luego de haber hecho el estudio técnico y económico, se puede concluir que el proyecto representa muchos retos a la ingeniería sobre todo por la ubicación de la faena minera y por lo desconocida que es la forma automática de concentrar piedras preciosas por selección óptica en Latinoamérica. Económicamente es un proyecto atractivo que debe ir acompañado de un aumento en la producción minera, tanto para pagar las inversiones como para generar un flujo de caja positivo.

El presente trabajo de título se concentra en un estudio, utilización y análisis de la base histórica de datos que posee la mina El Inca Norte de la División El Salvador de Codelco Chile. El objetivo principal del estudio presentado en este documento es encontrar una relación analítica entre el comportamiento histórico del índice de uniformidad en los puntos de extracción y los modelos de dilución basados en los gráficos de porcentaje de dilución versus porcentaje de extracción de un punto, propuestos por Andrés Susaeta (2000). Como objetivo secundario se realizo un análisis de sensibilidad en cuanto a los parámetros de entrada que se incorporan en el calculo del índice de uniformidad planteado por Andrés Susaeta (2000), los cuales son el radio y los períodos de tiempos considerados para el calculo de tonelaje utilizado en la formula. Básicamente se analizaron los puntos desde el punto de vista de la uniformidad y desde el punto de vista de la Teoría Gravitacional (modelos de dilución), y se pretendió correlacionar los índices de uniformidad obtenidos para los puntos de extracción, con distintos radios y períodos de tiempo, con el comportamiento de los puntos de extracción en cuanto al modelo gravitacional. Finalmente se estimo cuales eran los parámetros de radio y período de tiempo, para el calculo del índice de uniformidad, que correlacionaran mejor con el comportamiento de los puntos de extracción. La mejor correlación entre los índice de uniformidad y la teoría gravitacional fueron obtenidos con parámetros de radio igual a 17 metros y períodos de tiempo de tres turnos, de 8 horas cada uno. Dado estos parámetros se analizo el comportamiento de los puntos de extracción desde el punto de vista de la uniformidad, semiuniformidad y desuniformidad, y se logro establecer que existe una gran relación entre la dilución y la forma de extraer el punto (uniforme, semiunifome y desuniforme). Un mejor conocimiento del índice de uniformidad conlleva a una mayor información respecto a la dilución y por consiguiente una mejora en los planes de producción y a optar por una mayor recuperación de las reservas.

En el desarrollo de una mina subterránea explotada con método panel caving, es frecuente que se produzcan colapsos de grandes extensiones de zonas ya preparadas, los que pueden afectar más de un nivel de las zonas productivas. Junto con determinar las posibles causas de estos colapsos y establecer recomendaciones que sean incorporadas en los futuros diseños, se presenta el desafío de recuperar estas zonas, las que forman parte de los planes de producción de la mina y, en general, se encuentran emplazadas en sectores que cuentan con toda la infraestructura de manejo del mineral desarrollada completamente. Por ende, el objetivo planteado en este trabajo corresponde principalmente al diseño de un sistema que permita la recuperación de un sector colapsado en una mina explotada por métodos de hundimiento. Para ello, además del sector en estudio, se revisaron dos casos donde se produjeron colapsos con anterioridad, desarrollando un análisis crítico de las causas propuestas para explicar dichos eventos y se establecieron recomendaciones para ser aplicadas en diseños futuros. Con lo anterior se realizaron los diseños para la recuperación de un sector de aproximadamente 3.200 m2, correspondiente al Área 9 del III Panel de Mina Río Blanco de División Andina, el cual contenía cerca de 3,8 Mt de mineral con una ley de Cobre de 1,14%. Estos diseños corresponden al desarrollo de un nivel dispuesto inmediatamente bajo el nivel de producción colapsado, ambos conectados mediante bateas receptoras del mineral. Además, se determinó el ritmo de producción, la secuencia de tiraje y se definieron los servicios e infraestructuras asociadas a la recuperación del sector. Del presente estudio se determinó que, en este caso, era posible recuperar un gran porcentaje del mineral proveniente de la zona colapsada, con inversiones y costos de operación razonables para este tipo de minería, utilizando la infraestructura existente en el sector para el transporte del mineral a la planta de chancado.

En la actualidad los métodos por hundimiento están enfrentando 3 grandes problemas: una baja en la ley del mineral, un aumento en la dureza del material a hundir y problemas logísticos con la distancia a nuevos depósitos minerales. Las soluciones a estos problemas se basan en aumentar la capacidad de extracción junto a una baja del costo por tonelada de mineral, un rediseño del sistema de extracción del mineral para lidiar con el aumento en la dureza y una modificación en la estrategia del manejo de mineral para hacerlo más eficiente y compensar los problemas logísticos. Este trabajo propone un rediseño completo del sistema de manejo del mineral a través de: eliminar el efecto de interferencia que produce la aparición de sobretamaños, con su consiguiente reducción secundaria, que afecta a otras operaciones como el acarreo y traspaso. Además se busca un aumento de la velocidad de extracción al tener equipos con alta productividad, es por esto que propone el acotar el recorrido de equipos LHD a un máximo de 64 metros para alcanzar todo su potencial productivo. La estrategia propuesta para mejorar el manejo de mineral se basa en el traspaso inmediato del mineral desde el punto de extracción a un nivel inferior de acarreo y reducción a través de una parrilla con martillo picador en caso de ser necesario. También se propone el uso de la técnica de reducción secundaria con tronadura controlada con cartuchos de pequeño diámetro con los cuales se minimiza daño a infraestructura por proyección de fragmentos, la necesidad de ventilar y cerrar varias calles para coordinar tronaduras simultáneas. El diseño propuesto resultante es un módulo productivo con 32 puntos de extracción en una malla cuadrada de 13x13 [m], con un nivel de producción de galerías de 4x4 metros donde funcionan 4 calles, con 1 equipo cachorrero y 2 martillos móviles cada una. A esto se agregan 16 piques de traspaso de 2,5 [m] de diámetro que desembocan en un nivel de acarreo donde 2 equipos LHD de 8,5 [yd3] llevan el mineral a un chancador Sizer MMD 1150. El nivel de acarreo cumple con la condición de permitir la construcción de malla extracción tipo Herringbone 13x13 en caso que se produzca un colapso del nivel de producción. Este sistema propuesto es capaz de llegar a una velocidad de extracción máxima de 2,6 t/m2día con un costo de 8,07 US$/t de mineral extraído y una evaluación económica, comparando con lo tradicional, le entrega la ventaja de 20% en VAN por el ingreso anticipado de flujos dado su ramp up más corto.

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No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / Los sistemas de fortificación tienen como objetivo resistir las solicitaciones estáticas y dinámicas propias del proceso de extracción minera, las cuales poseen altas dosis de energía involucrada, energía que debe ser absorbida por los elementos de fortificación, permitiendo su deformación y evitando a la vez que ocurran fallas en ellos. Esto corresponde a la capacidad de absorción de energía. Los pernos helicoidales de anclaje, en su estado natural son capaces de almacenar energía, debido a su capacidad de deformación pero al momento de ser instalados en minería, estos pernos son lechados a columna completa quedando un sistema rígido, con menor capacidad de deformación, lo cual los hace fallar frágilmente frente a una solicitación dinámica. De aquí nace la idea de entregarle al perno capacidad de absorber energía, aislando una parte de su longitud de la lechada, mediante una funda de PVC, es decir dejando una longitud libre mayor a la actual. El trabajo de título realizado tuvo como objetivo general estudiar el efecto de la longitud libre en la capacidad de absorción de energía en pernos helicoidales. El estudio constó de dos partes principales, un estudio analítico del efecto de la variación de la longitud libre, lo que posteriormente fue estudiado junto con todas las variables que participan en el balance energético de un sistema de fortificación minero. Teóricamente y a partir de los ensayos y resultados estudiados en la literatura, se deduce que el efecto de aumentar la longitud libre en sistemas de fortificación, genera un aumento en la capacidad de absorción de energía de los elementos, siendo el aumento para el caso estático mayor que el para el caso dinámico. Paralelamente se realizó la segunda parte del trabajo, la cual consistió en generar y realizar una prueba de terreno con su respectiva instalación de instrumentación geomecánica (3 celdas de carga y 3 Rockbolt Stressmeter). El estudio práctico concluyó que los valores de carga para pernos enfundados son bastante constantes en el tiempo, varían entre 0,6 [tonf] y 0,85 [tonf].esta variación se debe al efecto de la precisión de la celda de carga. Por lo tanto, la carga medida en terreno corresponde al apriete dado por el sistema de anclaje externo, en cambio los rockbolt stressmeter entregaron valores esperados de carga bajo las condiciones que estaba midiendo. Los valores de carga máxima fueron 7 [tonf]. Las deformaciones durante el período de monitoreo, fueron crecientes linealmente, lo que implica que los pernos completamente lechados estaban trabajando en el rango lineal de su comportamiento.