Magíster en Minería / 30/05/2021

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil / Ante la necesidad de explotar cuerpos mineralizados ubicados en profundidad, la industria minera ha implementado una serie de métodos masivos para la extracción subterránea. Entre éstos, el Block Caving supone uno de los más utilizados debido a su alta efectividad y bajo costo operacional. Sin embargo, debido a las condiciones que genera el método extractivo en el macizo rocoso, la ocurrencia de bombeos de barro al interior de las minas se constituye en un peligro inherente. Los bombeos de barro consisten en una entrada súbita de una mezcla de material fino y agua al nivel de producción proveniente desde el cuerpo mineralizado superior. Esto tiene como resultado la colmatación de túneles de producción junto a la pérdida de maquinaria e infraestructura, y el consecuente peligro para la vida de los trabajadores al interior de la mina. Por lo anterior y, en consideración de que el agua es el principal movilizador del material fino en estos sistemas extractivos, resulta de especial interés estudiar uno de los posibles mecanismos de flujo por los cuales se generarían los bombeos de barro. De esta forma, este trabajo de título contempla el desarrollo de un modelo hidrogeológico conceptual y numérico para evaluar la hipótesis de que los bombeos se generarían cuando una zona de mayor permeabilidad que se propaga de forma ascendente dentro de otra zona de roca fracturada relativamente impermeable, alcanza un acuífero superior originalmente aislado o bien sujeto a un drenaje gravitacional mínimo. Mientras el modelo conceptual plantea la hipótesis del mecanismo de generación de los bombeos, el modelo numérico busca evaluar qué combinación de propiedades hidráulicas y geométricas para las diferentes zonas de roca, deben coexistir para propiciar el drenaje súbito del acuífero y alcanzar un caudal representativo de estos eventos; este último fue estimado a partir de las condiciones resultantes en un evento real al interior de una mina. El modelo numérico se construyó mediante el software COMSOL Multiphysics. Las simulaciones mostraron que, si el mecanismo de generación es el planteado, se requeriría del desarrollo de vías de flujo preferencial en la zona de mayor permeabilidad, cuyas características difieren de las de un medio poroso clásico. Por su parte la zona fracturada original debe ser prácticamente impermeable para evitar su drenaje natural. Las simulaciones también indicaron que, frente al desarrollo de vías de flujo preferencial, la ecuación de Brinkman entrega caudales menores que la Ley de Darcy utilizada fuera de su rango de validez.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / Los métodos de explotación por hundimiento son una de las mejores opciones para la extracción de yacimientos masivos a bajo costo. Una principal exigencia, es asegurar la continuidad operacional de la extracción. Para esto se deben tener en cuenta aquellos riesgos que puedan repercutir en el aspecto económico, como es el caso de las interferencias operacionales que disminuyen la productividad y obligan a incurrir en costos adicionales; tal como ocurre en el caso de formación de colgaduras, que interrumpen el flujo normal de mineral en los puntos de extracción, no permitiendo que estén disponibles y forzando a aplicar técnicas de reducción secundaria para reestablecerlos. El objetivo general de este estudio, es desarrollar una herramienta a través de una metodología estadística que permita generar modelos mediante la técnica denominada de regresión logística binaria, cuya motivación consiste en generar predicciones de colgaduras posibles de incorporar a los años posteriores en aspectos de planificación y diseño. La base de datos está basada en información proveniente de dos bloques pertenecientes a la faena minera Cadia East de Newcrest en Australia. Del análisis realizado a los bloques PC1S1 y PC2S1, se obtiene que la fragmentación de PC1S1 es fina en comparación de la mayoría de las minas que se conocen a nivel mundial respecto al uso de técnicas de preacondicionamiento, y se traduce en un comportamiento diferente en términos de colgaduras. Además, PC1S1 posee un caving maduro conectado a superficie, mientras que el PC2S1 aún no lo ha hecho, y se espera una disminución de la fragmentación y colgaduras cuando ocurra la conexión. El estudio analizó varios sets de variables para representar el fenómeno en cuestión, sin embargo, aquellas que demostraron ser representativas y que a la vez no eran redundantes respecto a las demás corresponden a la extracción, uniformidad y RMR. Basado en las variables seleccionadas se realizaron modelos de colgaduras para ambos bloques obteniendo aciertos globales de 54% y 60% para PC1S1 y PC2S1 respectivamente. De lo anterior, cabe señalar que el acierto de PC1S1 es bajo y no se recomiendan pronósticos de colgaduras sobre el footprint, mientras que si es posible ejecutarlo sobre PC2S1 (según confiabilidad esperada para el modelamiento según etapa del proyecto, Tabla 38). De cada modelo, se obtiene que un incremento en las variables de extracción y uniformidad reflejan una disminución del índice de colgaduras (eventos/1,000 t). De modo contrario, para mayores valores de la variable RMR, el índice de colgaduras se incrementa. Haciendo uso del modelo para PC2S1, se establece un pronóstico de las zonas del footprint que se verán mayormente afectadas, y es que desde un comienzo el sector de mayor riesgo estuvo en el centro, se espera que se traslade hacia el este para finales del año 2018, concentrando el mayor porcentaje de área afectada por colgaduras/área activa en las calles de producción de 212 a 232.

Ingeniero Civil de Minas / 22/08/2023

Ingeniero Civil de Minas / El plan de negocio asociado a la División Chuquicamata de CODELCO considera una transición desde la explotación por rajo abierto a una explotación subterránea utilizando el método de block caving, cuya tasa productiva en régimen alcanzará las 140 ktpd. Para sustentar el ramp-up de 7 años, y la consecutiva extracción en régimen de la mina, se ha estimado incorporar área socavada a 4.000 m2 al mes en los macro bloques (MB) centrales, valor que resulta desafiante según comparación con valores típicos de la industria. El objetivo general de este estudio es cuantificar, la tasa de incorporación de área socavada para el sector productivo de los 2 MB centrales de la configuración de block caving PMCHS. Como objetivos específicos se espera determinar si se satisfacen los requerimientos del proyecto y evaluar el comportamiento de la tasa en distintos escenarios. Siguiendo una metodología de simulación se construye un modelo computacional en el software de simulación ProModel®, que permite estimar la tasa de incorporación de área para un sistema que integra las operaciones de socavación, apertura de bateas, debilitamiento dinámico con explosivos (DDE) y extracción de mineral de producción. De acuerdo a 6 escenarios simulados (que consideran diferentes condiciones de simultaneidad de las actividades de incorporación de área), se observa que las operaciones de desarrollo de chimeneas piloto y perforación de tiros para el DDE limitan la capacidad de incorporación de área del sistema. Al adelantar estas operaciones en el escenario base con emulsión, se puede alcanzar 4.203 m2/mes, cumpliendo el requerimiento de la operación. La capacidad máxima del sistema se observa al evaluar el caso anterior pero con una altura de socavación de 10 m en vez de 20 m, alcanzando 5.560 m2/mes. Para el escenario con ANFO, no es posible cumplir el requerimiento a menos que se disminuya la altura de socavación a 10 m, llegando a los 4.417 m2/mes. Cabe destacar que, a pesar de que la implementación de una altura de socavación de 10 m parece ser beneficiosa para la tasa de incorporación de área, no se han cuantificado los efectos en el tiraje. Una altura de socavación más baja podría producir mayores colgaduras y una granulometría mayor en las primeras extracciones de mineral. Se recomienda estudiar estos factores antes de considerar esta opción como viable para el mejoramiento de la tasa. Según los resultados de sensibilidad, no se puede mantener una producción mayor a las 16 ktpd y cumplir con el requerimiento de incorporación de área. Se recomienda, adelantar apertura de área en meses donde es posible extraer a una tasa mayor a 4.000 m2/mes para poder compensar la falta de capacidad en el futuro. También se recomienda tener cuidado con la pérdida de horas operativas, y la baja de rendimientos de los jumbos radiales, ya que ambos han demostrado estar fuertemente relacionados a la tasa de incorporación de área. Por último, se recomienda fuertemente realizar una campaña de recolección de datos cuando comience el hundimiento de los MB centrales del proyecto el año 2019 para poder calibrar este modelo. Otra opción viable es realizar algunos ajustes al modelo para poder calibrarse con alguna mina en operación actualmente. Si se validan sus resultados podría ser de gran ayuda en la implementación de casos de estudio y futuros proyectos. / 17/11/2019

Magíster en Minería / El método block caving ha sido aplicado exitosamente como método subterráneo masivo para depósitos minerales extensos y profundos. Sin embargo, durante el proceso de propagación de la subsidencia hacia la superficie, el agua acumulada en el macizo o en superficie puede entrar a la columna de extracción, mezclándose con el material rocoso fragmentado. Cuando esta mezcla se produce con material rocoso fino, la entrada de barro puede convertirse en uno de los principales riesgos operacionales en minas de hundimiento. Por este motivo, la evaluación del riesgo de entrada de barro a los puntos de extracción representa un rol importante en la recuperación de reservas, tanto para el corto como para el largo plazo. Hasta la fecha, pocas investigaciones han abordado el análisis de las variables de riesgo claves asociadas con la entrada de barro; en consecuencia, aún existen importantes limitaciones relacionadas con la identificación y cuantificación del grado de asociación entre las variables de riesgo operacionales mineras y la entrada de barro. Esta investigación tiene por objetivo estudiar y cuantificar la influencia de las principales variables de riesgo asociadas con la entrada de barro, por medio del análisis estadístico utilizando datos mina colectados desde División El Teniente y el método de regresión logística. La metodología de la investigación está compuesta de tres etapas. En primer lugar, se llevó a cabo un análisis univariable para estudiar el grado de asociación entre las variables de riesgo y la entrada de barro. En segundo lugar, se empleó la regresión logística multivariable para analizar la interrelación de las variables de riesgo claves relacionadas con la entrada de barro. Como resultado, se obtuvo el mejor modelo predictivo ajustado para el corto y largo plazo, respectivamente, con la finalidad de estimar la probabilidad de entrada de barro. La calibración y validación de los modelos se realizó utilizando los datos minas con los cuales fueron construyeron, con el objetivo de medir la capacidad predictiva para la entrada de barro. Finalmente, se emplearon los modelos predictivos para crear mapas de susceptabilidad (zonas de riesgo en base a probabilidades) de entrada de barro, tanto para el corto como el largo plazo, los que permiten identificar zonas propensas a la entrada de barro en cada punto de extracción. A partir de los resultados obtenidos, las conclusiones de este estudio indican que las variables de riesgo claves corresponden a la cavidad de subsidencia (canalón de subsidencia), porcentaje de extracción de la columna in situ, infiltración de agua, uniformidad de la extracción, y área vecina con barro en los puntos de extracción. Adicionalmente, la capacidad predictiva de los modelos se consideró como aceptable para la estimación del tonelaje extraído antes de la entrada de barro, debido a que la precisión de los modelos fue estimada en 84% para el modelo de planificación de corto plazo y 81% para el modelo de planificación de largo plazo. Por lo tanto, los resultados presentados demuestran que, utilizados en condiciones óptimas de calibración y validación, estos modelos predictivos pueden servir como una importante herramienta para delimitar zonas susceptibles a la entrada de barro. Del mismo modo, estos modelos predictivos pueden ser utilizados para evaluar diferentes planes de producción del corto y largo plazo en minería de hundimiento. Esto último, podría permitir tomar decisiones preventivas que eviten o minimicen la pérdida de reservas causadas por el fenómeno de la entrada de barro. / Block caving has been succesfully applied as bulk undergroud mining method for large, deep orebodies. Once the cave subsidence propagates to the surface, the accumulated water may enter the extraction column. Because of that, wet muck entry has been identified as one of the major operational risks in cave mines. Therefore, the risk assessment of wet muck entry is an important part of ore reserve recovery process for both short and long-term mine planning. Up to date, wet muck entry key variables are poorly understood. Thus, additional studies to identify and quantify the degree of association between risk variables and wet muck entry are needed. This research aims to study and quantify the influence of the principal risk variables related to wet muck entry through the execution of several statistical analyses using mine data collected from El Teniente mine, and using the logistic regression approach. The research methodology considered three stages. First, a univariate analysis were carried out to study the degree of association between main risk variables and wet muck entry. Second, the multivariate logistic regression method was used to analize the interrelationship of key risk variables related to wet muck entry. As a result, a best-fitted multiple predictive models were obtained to estimate the likelihood of wet muck entry. The calibration and validation of the models were performed to estimate its prediction capability. Finally, the predictive models were used to create a group of wet muck entry susceptible maps to identify the risk zones prone to wet muck entry based on wet muck entry likelihood in each drawpoint. To conclude, this study indicates that the key risk variables for wet muck entry are topographic gutter, percentage of ore extraction from the in situ column, water infiltration, uniformity of draw, and neighboring wet muck area at drawpoints. In addition, since models accuracy were estimated as 84% for short-term planning and 81% for long-term planning, the predictive ability of the models were found to be reliable in terms of ore tonnage drawn prior to wet muck entry at drawpoints. Therefore, the results presented in this research demonstrate that; if the model is applied under optimal calibration and validation, these predictive models can provide an important tool to delineate zones prone to wet muck entry. Moreover, they can be also used to evaluate different short and long-term production plans for block caving, allowing preventive decisions that will avoid or minimize the ore reserve losses caused by the wet muck entry phenomena.

Memoria para el título de Ingeniero Civil de Minas / 30/01/2024

Tesis para optar al grado de Magíster en Minería / Las colgaduras son un problema operacional de minas de caving que presentan fragmentación gruesa, estas interrumpen el flujo normal de mineral en los puntos de extracción, causando la disminución de la disponibilidad de área para extraer y, en consecuencia, lograr con la producción diaria del sector se transforma en un desafío. Además, existen problemas indirectos, como las interferencias operacionales propias del proceso de descuelgue o los problemas de ingreso temprano de dilución o barro a los puntos de extracción producto de la extracción desuniforme que genera la menor disponibilidad de área. En esta investigación se busca determinar la relación que existe entre la granulometría, la geometría de la batea, tipo de roca y extracción de mineral en la formación de colgaduras a través de la realización de experimentos en un modelo físico a escala y análisis de una base de datos de colgaduras a escala mina. La metodología se dividió en dos etapas; en la primera se construyó un modelo físico a escala 1:50 para el cual se definió un plan experimental donde se realizaron experimentos en tres bateas geométricamente distintas y utilizando distintas granulometrías. En segundo lugar, se analizó una base de datos mina de colgaduras, realizando un análisis exploratorio de datos para determinar las variables que tienen relación con la formación de colgaduras y luego se utilizó la regresión logística para determinar el peso de cada una de las variables con el fenómeno en estudio. Los principales resultados de esta investigación mostraron que la granulometría gruesa es el principal factor que aumenta la formación de colgaduras, sin embargo, tanto el largo como el ángulo de batea pueden llegar a variar en un 80% el promedio de la masa entre colgaduras. Por otro lado, el tonelaje extraído acumulado está relacionado con la disminución de la fragmentación, y en consecuencia, de las colgaduras, pero esto solo se observó en el tipo de roca menos competente, en el tipo de roca más competente se observó que a medida que la extracción aumenta la formación de colgaduras se mantiene prácticamente constante. Finalmente, la uniformidad es una variable a considerar, sobre todo respecto a la extracción de un punto de extracción y su vecino dentro de la batea, en particular, se observó que a mayor uniformidad ocurre una menor formación de colgaduras. Finalmente, como principal conclusión, las colgaduras se producen por la relación existente entre la granulometría y el ancho efectivo de salida del mineral. En consecuencia, aquellas variables que definen la granulometría que se presenta en el punto de extracción, tal como el tipo de roca, la frecuencia de fracturas o vetillas y el tonelaje extraído acumulado se relacionan con las colgaduras. A su vez, las variables que están relacionadas con el ancho efectivo salida del mineral, como el ancho del punto de extracción y las dimensiones de la batea afectan también la formación de arcos de roca.

Tesis para optar al grado de Magíster en Minería / This research explores the underground excavation method of drilling and blasting on multiple faces with two objectives. First, through a global investigation of mine planning, the conventional excavation system using explosives is analyzed to quantify the efficiency of tunnel construction. Secondly, the drilling and blasting process is explored to compare advance performance when applying ANFO versus emulsion in the process. To achieve the first objective, discrete event simulation techniques were applied in the short-term planning process of horizontal developments in a case study of a mine operated by Panel Caving. The simulation model was built and calibrated in simulation software especially designed for mining: SimMine. The inputs for the model were obtained from the field in a previous study and included unit operation times, as well as interferences. In this particular case, field study showed that the excavation cycle was unnecessarily extended by the interference between unit operations. In fact, the interference found between unit operations represented the biggest losses of time. Then, to increase the forward performance of excavation, it was necessary not only to optimize the individual activities of the cycle, but also to reduce the time lost due to interferences. For the second objective, the role of explosives in the blasting of horizontal developments on multiple faces was analyzed. For this study, the use of ANFO and emulsion was contrasted in terms of the number of boreholes, dilution of toxic gases (which represents less ventilation time), advance per round and overbreak. The data for the comparative analysis is based on blasting tests carried out in both small- and industrial-scale tests. Results showed that using emulsion a greater efficiency of advance was reached, with fewer boreholes and less ventilation time needed than with ANFO. It was also observed that overbreak was influenced by the concentration of linear charge in the contour boreholes. In the first case, it was concluded that planning with variability in process times, as well as capturing the various interferences, yielded returns close to reality, making the simulation a support tool for decision-making in planning. In the second case, improvements were observed in the blasting operation and in advance performance in horizontal developments when using emulsion versus ANFO explosive. / Este trabajo de investigación versa sobre el sistema de excavación en roca mediante perforación y tronadura en múltiples frentes y considera dos enfoques: en el primero se investiga de manera global el sistema de excavación convencional con el uso de explosivos desde un punto de vista de planificación a fin de cuantificar la eficiencia del sistema constructivo de túneles. En el segundo se ahonda sobre el proceso de arranque mediante explosivos identificando para ANFO y emulsión el rol que tienen los explosivos en el avance y las interferencias. Se aplicaron técnicas de simulación de eventos discretos en el proceso de planificación de los desarrollos horizontales en múltiples frentes para un caso de estudio de una mina explotada por Panel Caving, encontrando que para este caso particular, el ciclo de avance está altamente influenciado por las interferencias entre operaciones unitarias, de forma tal que para aumentar el rendimiento de avance no solo es necesario optimizar las actividades del ciclo individualmente, sino que es preciso una disminución en los tiempos perdidos por interferencias. El modelo de simulación fue construido y calibrado en un software de simulación especialmente diseñado para minería: SimMine. Los inputs para el modelo fueron obtenidos en terreno en un estudio previo e incluyeron tiempos de operaciones unitarias, así como de interferencias, estos fueron representados a través de distribuciones de probabilidad triangulares para cada uno de ellos. Las interferencias halladas entre operaciones unitarias representan las mayores pérdidas de tiempo. En el segundo estudio, se analizó el rol del explosivo para el arranque de roca en los desarrollos horizontales en múltiples frentes. Con lo cual se pudo contrastar el uso de ANFO y emulsión en términos del número de tiros, dilución de gases tóxicos (lo que representa menor tiempo de ventilación), avance por disparo y sobre-excavación. Los datos para el análisis comparativo se basan en pruebas de tronadura realizadas en terreno a escala piloto e industrial, de las cuales se obtuvo que con la emulsión se alcanza una mayor eficiencia de avance, se necesita menor cantidad de tiros y menor tiempo de ventilación que con el ANFO. También se evidenció que la sobre-excavación está influenciada por la concentración de carga lineal en los tiros de contorno. Del primer caso, se concluye que planificar con variabilidad en los tiempos de proceso, así como captar las diversas interferencias, arroja rendimientos cercanos a la realidad, convirtiéndose la simulación en una herramienta de apoyo en la toma de decisiones en la planificación de los desarrollos horizontales en múltiples frentes. En el segundo caso, se evidenció que existen mejoras en la operación de tronadura en desarrollos horizontales, de acuerdo a las variables medidas, al comparar el desempeño de la emulsión con respecto del ANFO.

Ingeniero Civil de Minas / Actualmente, en División el Teniente (DET), la preparación minera se realiza de forma manual o mediante equipos que requieren que el operador se encuentre en la frente de trabajo. Sin embargo, en el mercado existen equipos y tecnologías que permiten realizar esta actividad de forma remota, retirando así al trabajador de la exposición a los riesgos inherentes de la minería subterránea. En este trabajo se efectuó una simulación de la constructibilidad de un sector de mina Esmeralda con tecnologías tele asistida o remota para la preparación minera de desarrollos horizontales, aplicables en DET. Las tecnologías y equipos utilizados en esta simulación fueron la automatización de Jumbos perforadores y sistemas para la administración y control minero con enfoque en la preparación minera y cargadores de explosivos. Se generaron 11 casos en relación al grado de automatización de las actividades y su impacto en el rendimiento de los avances, donde se comparan con un caso base (caso 1) el cual se construyó con datos proporcionados de valores actuales de duración y exposición en cada actividad del ciclo de desarrollo horizontal en DET. De los once casos generados, los primeros dos casos son posibles optimizaciones del proceso actual. Los restantes nueve casos son escenarios donde el tiempo de ciclo aumenta o disminuye al utilizar nuevas tecnologías. La siguiente tabla presenta el resumen de resultados mostrando la exposición diaria promedio, el rendimiento de avance mensual para 3 frentes y el VAN de cada caso (inversión de 1,5 MUS$, resultante de efectuar la simulación de la constructibilidad del sector). Tabla resumen 1: Casos y resultados del estudio para los distintos casos propuestos para la simulación. Casos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Exposición diaria HH 2555 2538 2514 390 386 536 536 518 518 508 512 121 Rendimiento m/mes 166 217 269 217 161 314 235 188 141 166 125 161 VAN MUS$ 81,11 81,04 81,05 80,76 81,06 80,49 80,65 80,83 81,16 80,98 81,32 81,2 De los resultados presentados en la tabla, se puede apreciar que en materia de exposición, los valores de los casos donde se utilizan tecnologías autónomas son aproximadamente un 20% del valor actual de la División. Los rendimientos en los casos donde se planteó un aumento de tiempo de ciclo, pero con un largo de avance de 4 metros, son similar al avance actual en la División. Se puede apreciar que a este nivel de inversión el VAN de los casos tecnológicos es igual o superior que en los casos basados en DET. Los casos con mejor VAN son los tecnológicos donde se aumentó el tiempo de ciclo con respecto al caso base. Como conclusión, se recomienda el uso de tecnologías autónomas para la preparación minera dado los datos desarrollados en este estudio, donde estas mejoraron los indicadores en comparación con los casos basados en el escenario actual DET. Se propone continuar con el estudio de las tecnologías autónomas recopilando mejor información de los rendimientos para refinar el estudio. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por CODELCO DIVISIÓN EL TENIENTE