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.

Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelación Matemática / Beca Doctorado Nacional, Conicyt 2014, No21141068 / 28/02/2020

Magíster en Minería. Ingeniero Civil de Minas / La evolución de la minería subterránea a yacimientos de mayor profundidad ha conllevado a un aumento significativo de la ocurrencia de interferencias operacionales asociadas a la sismicidad inducida producto de la actividad minera. Estos eventos sísmicos pueden causar estallidos de rocas, los cuales pueden generar consecuencias para los trabajadores, equipos y la sustentabilidad del negocio minero. El presente trabajo propone utilizar modelos estadísticos para estimar el peligro sísmico asociado a la minería de Panel Caving. Se emplean dos modelos; el primer modelo corresponde a una regresión logística en función de variables geo-mineras, y el segundo corresponde a un índice que es una combinación lineal de parámetros geotécnicos pre-minería. Como caso de estudio se utiliza la minería de panel caving realizada en el sector Reservas Nortes (RENO) de la Mina El Teniente, CODELCO-CHILE, considerando el periodo 2000-2010. En base a una zonificación que considera aspectos geotécnicos y mineros, se definen cinco zonas de análisis en la mina y utilizando una escala temporal mensual, se genera una base de datos estandarizada de 660 casos con variables geo-mineras que incluyen: área socavada, área incorporada, ancho del frente, velocidad de extracción, ángulo de extracción, presencia de fracturamiento hidráulico, Fallas geológicas, condición de esfuerzos, unidades litológicas y geotécnicas. De estos 660 casos, 52 casos presentan eventos sísmicos con magnitud de momento mayor, Mw ≥1.0. Los modelos son calibrados utilizando la base de datos generada. El modelo de regresión logística permite estimar la probabilidad de ocurrencia de eventos Mw ≥1.0 utilizando como input las variables geo-mineras, mientras que, el índice ambiental permite categorizar de manera relativa, zonas de mayor peligro sísmico. El mejor ajuste del modelo de Regresión Logística alcanza una tasa de aciertos (TPR) de 74%, y una precisión de 67%. La categorización de zonas sísmicas obtenida del índice ambiental se realiza mediante curvas de distribución acumulada de la magnitud de momento, mostrando consistencia entre las clases definidas. Se concluye, que este tipo de modelos podrían ser parte de un set de herramientas de manera de integrar el peligro sísmico en el proceso de planificación y diseño minero. Como resultado y aporte del estudio se conceptualizan, implementan y testean algoritmos matemáticos en herramientas computacionales que permiten replicar y estandarizar el uso de la metodología desarrollada en otras operaciones mineras. Se recomienda incluir modelos tridimensionales de las unidades litológicas, zonas geotécnicas, fallas estructurales y modelamiento numérico, de modo de mejorar el análisis e interpretación de la sismicidad inducida, las bases de datos y los modelos estadísticos calibrados.

Magíster en Minería / Una práctica común en minería es descomponer el proceso de planificación en diferentes tareas y, por lo tanto, abordar el proceso general de forma desacoplada e independiente. Esto, trae consigo que el plan de producción no necesariamente captura el máximo valor de un proyecto pues, como las etapas en los procesos de planificación se llevan a cabo secuencialmente, las decisiones se van realizando con información desagregada en cada proceso y los modelos no capturan la complejidad de los próximos pasos aguas abajo, por lo tanto, las decisiones posteriores son sujetas a la inicial. Lo anterior, motiva a desarrollar una investigación que permita entender y proponer alternativas para resolver el desacople entre un programa de extracción y el agendamiento de preparación, más aún cuando este desacople causa un exceso de inversión en desarrollo minero y fortificación porque el área preparada no es usada en el periodo (G. Díaz y E. Morales, 2008) o la extracción planificada se ve afectada debido a la falta de área preparada. El objetivo es proponer una metodología de optimización que incorpore las actividades de preparación en un agendamiento de producción en una mina explotada por Panel Caving. La metodología considera la integración de los aspectos operacionales más relevantes en la construcción de un plan minero en una mina explotada por Panel Caving, usando programación entera mixta (MIP). Se crearon 2 casos de estudios. El primer caso tuvo por objetivo determinar una estrategia para optimizar los tiempos de resolución de los agendamientos de producción. De los 4 ejercicios del caso estudio 1, se determinó que las discretizaciones de columnas de bloques permiten disminuir los tiempos de cómputo sin perder de vista los aspectos técnicos que gobiernan el proceso de caving. El objetivo del caso estudio 2 fue integrar las actividades de preparación en un único problema de agendamiento. Para ello, se realizaron 3 ejercicios donde se compara la metodología propuesta por esta tesis con la manera tradicional de realizar la planificación en Panel Caving. De los resultados, la metodología tradicional de planificación arrojó resultados que podrían ser infactibles si las restricciones de preparación son incluidas en la planificación de la producción, debido a que no las considera como parámetros de entrada. En cambio, la metodología propuesta permite determinar la óptima apertura de puntos de extracción por periodo, donde se obtienen diferencias respecto a una estrategia operacional de apertura de puntos de hasta 33 %, en valor, lo que equivale a 100 millones de dólares de diferencias por este fenómeno. Las posibles extensiones de este trabajo son simular los resultados del agendamiento para evaluar la factibilidad del plan de producción y evaluar otras estrategias de constructibilidad como el tipo de hundimiento.

Ingeniero Civil de Minas / Los métodos gráficos de estabilidad son una herramienta bastante utilizada en la actualidad para el diseño de caserones al ser de fácil uso y prácticos, al hacer uso de la forma/tamaño del caserón y la calidad del macizo rocoso. El objetivo de esta memoria es extender y analizar las metodologías de Mathews y Laubscher haciendo uso de los caserones ya explotados, contando con un total de 258 mediciones en caserones explotados mediante minería sublevel stoping ubicados en el complejo minero Lundin Mining, en donde se analiza la estabilidad de la pared colgante, pared yacente y techo. En la metodología realizada primero se definieron los sectores de interés requeridos para el estudio, de donde se obtiene la información geológica/geomecánica requerida para realizar el back-análisis. Posteriormente se realizó el preprocesamiento de las triangulaciones (diseños y CMS) para eliminar los problemas que presentan y poder realizar el back análisis definiendo los nuevos lineamientos y finalmente proceder con un análisis de correlaciones entre las variables de los métodos de estabilidad. El primer resultado indica que es posible generar caserones de dimensiones mayores a las permitidas por las metodologías de Mathews y Laubscher, sin comprometer la estabilidad. Por otro lado, no se obtuvo una buena correlación entre los métodos ya que Laubscher no considera: la orientación de las paredes no diferencia rocas con resistencia a la compresión uniaxial mayores a 185 [MPa] y el factor de ajuste por esfuerzos inducidos por minería, perjudica la clasificación del método, al estar los datos concentrados entre 60% a 65%. Finalmente se prefiere el uso de Mathews por sobre Laubscher para el estudio de la estabilidad de caserones ya que considera la orientación de las paredes y presenta mayor variabilidad. / 27/12/2022

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

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / El Sublevel Stoping (SLS) es el método de explotación subterráneo ampliamente utilizado por la mediana minería en Chile. Uno de los aspectos claves del SLS es mantener el control de la recuperación y dilución minera, mientras se resguarda la estabilidad de los caserones en operación. A raíz de ello, en la literatura se encuentran diversas metodologías para estimar la estabilidad de los caserones. De ellas, destaca la metodología de estabilidad de Mathews, la cual basada en datos de minas en Australia y Canadá, define curvas de estabilidad geomecánica para el diseño de caserones. No obstante, no representa la geología ni las condiciones operacionales de las minas SLS de Chile. Por ejemplo, una de las diferencias más importantes es la profundidad de las operaciones. En efecto, la metodología de Mathews se basó en minería SLS de alta profundidad cercana a 1000 m, en contraste con las operaciones chilenas que están ubicadas en torno a los 500 m de profundidad. Luego, es necesario el desarrollo ajustes a la metodología considerando los esfuerzos en tres dimensiones. Permitiendo curvas de estabilidad de caserones que capturen y reflejen adecuadamente las condiciones geológicas y de esfuerzos locales. Para entender el comportamiento de las condiciones de explotación en minería SLS chilena, en este trabajo se presenta y analiza una base de datos estandarizada con el objetivo de determinar nuevas curvas de estabilidad geomecánica para caserones SLS. Para lograr este objetivo, se utiliza el software Mineroc® en el cual se centraliza la información proveniente de tres minas subterraneas, de la Región de Atacama. La base de datos utilizada contiene información de 236 cavidades o CMS (Cavity Monitoring System), 107 diseños de caserones, plantas geológicas, litologías, modelo de esfuerzos y reportes de la calidad del macizo rocoso. La información recopilada es posteriormente usada para determinar las curvas de estabilidad según el criterio de aceptabilidad, definiendo tres nuevos limites para distintas condiciones de sobre excavación. Con las curvas de estabilidad ya definidas se continuó el estudio con el análisis del comportamiento de los esfuerzos determinado por Mathews. Se analizó el cambio de un modelo de estimación de esfuerzos en dos dimensiones a un modelo de estimación en tres dimensiones. Además, se evaluaron propuestas de diversos autores con el fin de determinas cuál de las funciones propuestas se ajustan mejor a las condiciones de la base de datos recolectada . Dentro de las propuestas se evaluó el factor A de Vallejos, el SRF del Q de Barton y la propuesta original del método de estabilidad. A los resultados se les evaluó el rendimiento de clasificación estadístico sobre las curvas locales y a las modificaciones a la metodología. Las curvas se establecieron mediante la maximización de la clasificación y la interpretación ingenieril de la información presente en el gráfico de estabilidad. Al evaluar el nuevo método destaca que el uso de esfuerzos en tres dimensiones en conjunto con el SRF mejora la clasificación en determinar límites de estabilidad con respecto a la estimación en dos dimensiones, logrando mejores resultados para los límites de mayor sobreexcavación. El resto de los casos no tienen una mejora significativa sobre el método original para estimar el factor A. El método de estabilidad original presenta el mejor rendimiento global, por sobre todas las propuestas. Se puede mejorar el rendimiento utilizando la estimación de esfuerzos en tres dimensiones junto al SRF para los límites de mayor sobreexcavación.

Ingeniera Civil de Minas / La transición de rajo a subterránea es un cambio que se está dando con más frecuencia en estos tiempos, no obstante, la transición contraria también se puede dar como es el caso de El Soldado, generando nuevos problemas que raramente son documentados. Para esta transición, es fundamental el relleno apropiado de las excavaciones subterráneas antes de seguir profundizando el rajo, ya que beneficia el comportamiento y condición de estabilidad de los taludes, sin mencionar la clara atenuación del riego de fatalidades y perdida de maquinaria producto del hundimiento inesperado de estas. Considerando lo anterior, surge el objetivo principal de este trabajo que es realizar un análisis geotécnico para validar los 40 m mínimos de puente de roca que se utilizan hoy en día y evaluar por etapa de explotación la estabilidad de cada uno de los caserones que se requiera rellenar y hundir para los próximos años. Para cumplir con este objetivo, se estudiaron los criterios de sobre excavación basados en la falla por tracción y por desconfinamiento eligiendo entre ellos al Criterio I: σ_3≤-0.1 MPa, Criterio II: σ_3≤0 MPa y Criterio III: p≤1 MPa. Estos se aplicaron a modelos numéricos en Phase2 de 16 caserones históricos de El Soldado en distintas fases de explotación del rajo, lo que dio un total de 50 casos. Se concluye que el Criterio I basado en la falla por tracción del macizo rocoso predice bastante bien la sobre excavación que presentaron los caserones históricos de El Soldado con una precisión del 90%. El Criterio II basado en la falla por desconfinamiento debido al desprendimiento de bloques por gravedad demostró ser demasiado conservador. Por último, el Criterio III presenta un mal desempeño para predecir la sobre excavación. El método empírico del Span escalado de Carter (1992) se aplicó a los 50 casos históricos encontrando que los caserones clasificados como A (Span escalado>3.58 Q^0.44) se deben considerar como inestables, lo que determina un puente de roca mínimo para rellenar un caserón. Este valor siempre fue más pequeño que el puente de roca mínimo encontrado con los Criterios I y II, por lo que se estima que este método es muy conservador. Los Criterios I y II con apoyo del método del Span escalado demostraron ser útiles para predecir la sobre excavación que sufrirá el caserón y para determinar una cota estable de relleno. Se obtuvieron puentes de roca estables para rellenar las cavidades del orden de 42-50 m dependiendo de las condiciones de cada caserón, lo que valida los 40 m mínimos de puente de roca para rellenar un caserón que era el objetivo principal de este trabajo. En varios casos no se logró un puente estable con menor espesor debido a que se consideró la explotación completa por bancos de 15 metros, por ello un puente de roca de 50 m pasa directamente a 35 m en la siguiente cota que se considera inestable con los Criterios I y II. Por último, los puentes de roca obtenidos para cada caserón coinciden con los que planificación tiene considerado en el plan de relleno de cavidades.

Magíster en Ciencias, Mención Computación. Ingeniera Civil en Computación / Establecer canales de comunicación confiables en minas subterráneas es crucial para poder llevar a cabo operaciones eficientes y seguras; sin embargo, las condiciones extremas propias del entorno y la topología de túneles dificultan la comunicación y limitan su fiabilidad. Actualmente, no existe una estrategia única que sea capaz de solucionar la totalidad de obstáculos que implica el establecimiento de canales de comunicación subterráneos, lo que ha conllevado una demora en la incorporación de nuevas tecnologías ya probadas y asimiladas en la minería a rajo abierto, incluyendo la automatización de las operaciones y el monitoreo remoto. En este trabajo, se propone el uso de Redes Tolerantes al Delay (DTN por sus siglas en inglés) en minas subterráneas, las que pueden proveer de un sistema de comunicaciones robusto con requerimientos mínimos de infraestructura y sin interferir en las operaciones regulares de minería, a través de la utilización de operadores y máquinas como nodos móviles. Dado que el desempeño de los protocolos DTN es condicional al escenario en donde se utilizan, se propone un modelo de movilidad sintético, Simple Mine Area (SMA), para capturar las interacciones básicas entre nodos en minas subterráneas y ser utilizado como banco de pruebas para el diseño y evaluación de protocolos. Con el objeto de mejorar el desempeño del enrutamiento en DTNs y enriquecer los datos recopilados en los nodos, se propone una estrategia de posicionamiento para ambientes subterráneos basado en la generación de mapas locales utilizando las distancias entre los nodos móviles y un número reducido de nodos estáticos. Esta estrategia provee una aproximación de la posición de los nodos móviles en entornos donde los servicios como GPS no están disponibles. El protocolo de enrutamiento propuesto, MineProp, utiliza la estrategia de posicionamiento previamente descrita, obteniendo latencia y tasa de entrega comparables con protocolos DTN modernos con un costo de entrega (overhead) reducido; estas propiedades, junto a una alta configurabilidad que permite mejorar el desempeño de distintas métricas según lo requerido por los distintos servicios y las topologías propias, convierten a MineProp en un candidato apropiado para el establecimiento de canales de comunicación subterráneos.