Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 20/1/2020. / Magíster en Minería / Ingeniero Civil de Minas / El Sistema de Minería Continua impulsado por CODELCO conforma un quiebre tecnológico para los sistemas de extracción minera de hundimiento, pues permitiría incrementar las velocidades medias de extracción a valores sobre 1 t/día/m2. En consecuencia, resulta relevante sustentar los fundamentos que caracterizan la operación del sistema, así como estudiar su potencial productivo y de automatización. El objetivo principal de este trabajo de tesis es establecer los fundamentos de la planificación de extracción a corto plazo de la Minería Continua y sentar las bases para su potencial automatización. Para ello, se procede a realizar experimentos a escala reducida representativos de una calle de producción del módulo de Minería Continua a validar en División Andina de CODELCO, con los cuales se busca: (1) caracterizar la interacción de los componentes de extracción Dozer Panzer; (2) determinar la productividad del Sistema de Minería Continua bajo ciertas configuraciones de operación y fragmentación; (3) determinar el impacto de la automatización de la Minería Continua sobre la productividad y utilización del Panzer. En lo que concierne a la caracterización de la interacción Dozer-Panzer, para las granulometrías G1 (d_50= 0,8 m) y G2 (d_50 = 0,97 m) se obtienen productividades de los equipos Dozer de 9,54 (± 9,30) t/ciclo y de 9,99 (± 7,77) t/ciclo, respectivamente; adicionalmente, se obtienen largos de descarga de los Dozer de 9,59 (± 4,88) m y de 8,29 (± 4,09) m, respectivamente. En cuanto a los resultados de las pruebas de pilotaje realizadas se tiene: (1) el Sistema de Minería Continua, bajo una granulometría G1, alcanza la meta productiva de 3 t/día/m2, mientras que al ser automatizado llega a valores sobre 5 t/día/m2; (2) las productividades máximas de la calle de producción alcanzadas bajo ambas granulometrías superan las 5.000 t/día; (3) un incremento en un 22% del tamaño medio de las partículas impacta disminuyendo la productividad y utilización del sistema sin automatización, llegando a un 45% menos de productividad diaria; (4) el principal efecto de la aplicación de una estrategia de descuelgue inmediato de zanjas, además del consecuente aumento productivo, es una reducción de la brecha entre las productividades y utilizaciones de ambos escenarios de fragmentación; (5) se identifica una tendencia incremental tanto de la productividad como de la utilización al utilizar un número mayor de Dozer operativos. Finalmente, se concluye la gran variabilidad del sistema estudiado en cuanto a su productividad y acoples entre descargas. Para las condiciones experimentales presentadas en este trabajo se prevé el cumplimiento de los objetivos productivos del módulo. Por otro lado, la implementación de un sistema de automatización permite alcanzar mayores valores de productividad, velocidad de extracción y utilización del Panzer. Como trabajo futuro se propone hacer una mayor cantidad de experimentos y réplicas, además de validar los resultados de este trabajo con datos reales.

En la explotación de minas subterráneas de yacimientos masivos, el método de mayor uso es el Block Caving, que consiste en el hundimiento de un bloque de material y posterior extracción gravitacional hacia una serie de puntos de extracción. Para garantizar el éxito del método, se debe asegurar la estabilidad del nivel donde se realiza la extracción. En estos métodos se espera un futuro aumento en la producción, por lo que se esta estudiando una variante de explotación llamada Minería Continua (MC), que permite una extracción continua de material, aumentando la tasa de extracción. Junto a estos cambios propuestos no se debe comprometer la estabilidad del sistema. En la actualidad las metodologías para la evaluación de estabilidad y diseño del nivel de producción tienen una componente empírica importante. Por este motivo es complicada una aplicación directa de estos en la MC. En el presente trabajo de titulo se propone una metodología que evalúa comparativamente las alternativas de diseño dentro de la MC en función de los esfuerzos inducidos en el nivel de producción, considerando variación en la separación entre niveles, espaciamiento de malla, tipo de malla, orientación de las calles de producción respecto del esfuerzo principal y tamaño de la calle de servicio. Para esto se construyeron una serie de gráficos comparativos de esfuerzos inducidos a lo largo de las calles de producción y de servicio, variando la distancia al frente de hundimiento. Estos gráficos son de una enorme aplicabilidad, por cuanto el esfuerzo principal inducido fue normalizado por el esfuerzo vertical in-situ, permitiendo una posterior utilización bajo otros escenarios. Por otro lado, tratando de evaluar el impacto en la estabilidad del nivel de producción generado por los cambios en el diseño que propone la MC, se realizó una comparación entre esta y un diseño convencional de block caving considerando los mismos criterios del análisis anterior. Los resultados de este estudio muestran que las mayores variaciones de los esfuerzos inducidos se producen al disminuir la separación entre niveles. Por otra parte se observaron diferencias pequeñas al disminuir el espaciamiento entre puntos de extracción (de 15 a 13m), al variar el tipo de malla (cuadrada y triangular) y al variar el tamaño de la calle de servicio, lo que da la flexibilidad de priorizar factores productivos y/o constructivos en estos parámetros. Finalmente, al comparar el diseño MC con uno de block caving tradicional de dimensiones equivalentes (15m de espaciamiento entre puntos de extracción) se observan esfuerzos máximos inducidos menores en el caso de la MC. Esto indica que el diseño MC no debiera presentar mayores problemas que el de block caving tradicional. Considerando los resultados favorables en cuanto a estabilidad, se sugiere validar los resultados obtenidos y posteriormente incorporar los efectos que podrían producir, sobre los esfuerzos inducidos, el aumento de la velocidad de extracción y el acondicionamiento del macizo rocoso.

Magíster en Minas / En sistemas mineros como Block y Panel Caving, es extremadamente importante realizar la tronadura de bateas de forma efectiva. Existen importantes beneficios en productividad si la misma se lleva a cabo en una sola fase, también llamada en un disparo. Además, la tronadura de bateas en una fase elimina los riesgos en los operadores de trabajar con explosivos bajo material fragmentado. Existen ciertas dudas acerca del diseño de la tronadura en el Sector de Minería Continua - Andina (MCA), las cuales surgieron en la etapa de ingeniería de detalle, principalmente relacionadas con la tronadura de las bateas de producción. El objetivo de la tesis es realizar una evaluación de los diagramas de disparo, considerando la tronadura en una sola fase, para su futura implementación en el MCA. La primera etapa comienza con el análisis de las propiedades del macizo rocoso. Este primer paso es importante para determinar los parámetros necesarios para la calibración empírica del modelo de daño. En este estudio, se utiliza el modelo de Holmberg y Persson (Persson et al., 1994). La segunda etapa consiste en definir las propiedades del explosivo, en particular la densidad. La tercera etapa consiste en la definición de los parámetros de diseño preliminares, tales como: burden, espaciamiento y longitud del taco. Esto basado principalmente por geometrías y reglas estándar de diseño. Antes de realizar las simulaciones para las zonas de daño, el modelo de Holmberg y Persson es calibrado a través de la determinación de las constantes de intensidad principal (K) y de atenuación (alfa). En este caso las constantes de calibración se obtienen a partir de los análisis realizados a las zonas de daño generados en las galerías de producción del módulo de Minería Continua. Durante el estudio, la simulación se realizó con el software JKSimBlast (2DRing). El análisis dio una estimación de las zonas de daño para perfiles horizontales y verticales, destacando los posibles daños de la tronadura en los pilares adyacentes y la interacción de los tiros con la cara libre. En este proceso un criterio de daño definido por la experiencia en terreno se aplica para el análisis. Esto se basa en la zona de daño y el esponjamiento (swell factor) resultante. La presente investigación tiene como principal resultado una metodología para evaluar la extracción de bateas en una sola fase través de la incorporación del simple criterio de daño. El modelo se verifica inicialmente con el análisis de la tronadura en el Canalón de Andina y luego se aplica un diseño alternativo de tronadura de bateas. Se propone un nuevo diseño de tronadura para un layout de producción específico. El análisis indica que el diseño alternativo tiene una zona de rotura significativa. Los tiros se distribuyeron con el fin de aumentar la interacción entre las zonas de fractura. El diseño sugiere una fragmentación fina del material. El porcentaje de sobre-quiebre llega a 58.5%, muy por encima del 53.01% que presenta el caso base, Canalón Andina. El resultado es consistente con el análisis realizado en otras operaciones mineras. El análisis, no obstante, indica la posibilidad de un aumento de la zona perturbada en los pilares zanja. Con el fin de reducir el daño a los pilares, se recomienda el uso de cargas explosivas de menor densidad en las filas cercanas al perímetro de la batea. Durante el análisis también se indicó la importancia de llevar a cabo un estudio detallado de la estabilidad de los pilares, considerando los posibles aumentos en la magnitud del daño. Finalmente, se está trabajando para validar el diseño y análisis propuestos para definir los parámetros de permitan la tronadura de bateas de producción en una fase.

Magíster en Minería / Ingeniero Civil de Minas / La tecnología de Minería Continua desarrollada por CODELCO constituye un quiebre tecnológico para sistemas de hundimiento, pues permitiría aumentar la tasa media de extracción desde 0,25 0,35 [t/d/m2] (LHD convencional) a valores sobre 1 [t/d/m2]. Por lo tanto, es de gran importancia soportar las decisiones directrices en torno a su diseño y operación, por cuanto los fundamentos de la minería de caving tradicional basados en reglas empíricas y modelamiento físico, no son directamente extrapolables a las particularidades del nuevo sistema. El objetivo principal de esta tesis es el estudio y desarrollo, a través de la modelación a escala laboratorio, de los fundamentos que sustenten las características del diseño del Sistema de Minería Continua para una explotación tipo block/panel caving. Para ello, se busca establecer 1) el efecto de las variables de diseño del sistema en los índices operacionales, y 2) ver si se cumple la similitud dinámica de la modelación en laboratorio de la tecnología de minería continua a través de materiales granulares equivalentes. De acuerdo a la revisión realizada, no se ha reportado el uso de otros materiales que busquen simular el flujo granular distinto de grava, mineral o arena. Entre los resultados experimentales, se estableció una diferencia en la media instantánea del sistema del 51%, 4,7 v/s 7,1 [t/ciclo] entre granulometrías d_50= 0,9 [m] (G1) y d_50= 0,6 [m] respectivamente. Se observó, con una granulometría G1, que una disminución de la sección de la galería en 27%, implica una reducción de la tasa de extracción media del 39%. Por otro lado, un equipo dozer de superficie frontal mayor en un 27%, aumenta la productividad del sistema en torno al 30%. Finalmente, un acortamiento de 1 [m] de la distancia entre la calle de producción y el punto de extracción, eleva la tasa en un 69% respecto del caso base. A partir de estos resultados se propone un modelo lineal multivariable que estima la media productiva dentro de intervalos de interpolación definidos en esta investigación. Así también, se establecen las funciones de densidad de probabilidad que cuantifican la posibilidad de ocurrencia de la magnitud de la variable aleatoria [t/ciclo]. En cuanto a las colgaduras, si bien se obtienen valores de frecuencia entre 100 660 [t/colg], los efectos de la resistencia de los fragmentos, la infraestructura minera y la granulometría predominan en esta investigación por sobre el efecto de la carga vertical observada. En efecto, la relación UCS/esfuerzo principal, se encuentra fuera de los rangos observados en la minería de caving actual. De la similitud dinámica buscada a través de la fuerza de empuje del equipo dozer, ninguno de los materiales considerados permitió establecerla a esta escala. Sin embargo es posible definir factores de ajuste entre 3,0 a 3,8, que permiten estimar la fuerza requerida por el equipo a escala real. Finalmente se ha concluido que para efectos de la modelación a escala laboratorio, debiese considerarse la utilización de mineral escalado geométricamente proveniente del lugar de origen de la prueba. Como trabajo futuro, se sugiere explorar materiales tipo mortero o yeso, además de evaluarlos bajo condiciones de alta presión, a fin de establecer el efecto del cociente UCS/esfuerzo principal sobre las colgaduras.

Ingeniero Civil de Minas / 12/04/2023

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