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.

TITLE: AN IMPROVED ROCK MASS BEHAVIOR NUMERICAL MODEL AND ITS APPLICATIONS TO LONGWALL COAL MINING The rock mass constitutive models should include elastic moduli, strength and stiffness of intact rock as well as those of joints and geometric properties of joints. The post-failure behavior of intact rock and joints must also be specified. A direct application of the above comments is in longwall coal mining where the coal as well as the immediate roof and floor strata may undergo controlled brittle failure and associated weakening in tension and shear based on post- failure characteristics of the rock mass. In addition to controlled failure and weakening of the rock mass ahead and over the longwall face, large scale caving and compaction of caved materials occur behind the longwall face. Itasca’s Cave-Hoek three dimensional constitutive model has the ability to model longwall mining process that involve the above mentioned mechanism of rock mass failure and compaction. However, its testing to date is limited. The overall goals of research are two-fold: 1) Develop numerical modeling approaches that consider the caving behavior of jointed rock masses in design and analysis, and 2) Apply these techniques in designing stable chain-pillars and set-up rooms for longwall coal mining. Specific objectives are to: 1) Develop an improved constitutive model for prediction of post-peak behavior of rock masses typical of longwall mining in Illinois, 2) Implement the improved model for predicting gob material behavior using FLAC3D numerical code (most commercial codes do not have a built in model for gob material) and its effects on load transfer into gate entries, 3) Identify mechanisms of instability in setup rooms, 4) Develop alternate 3- and 4-entry set-up room geometries using 3-D numerical analyses, 5) Implement and field demonstrate developed geometries, and 6) Monitor performance of implemented geometries through field monitoring. An alternative method to estimate the residual strength of a rock mass is developed. A yielded rock mass and a rock fill have several common characteristics including dilation behavior under low confinement and extensive crushing of contact points under high stress, which decrease dilation. The residual strength takes on an initial value in the immediate post-peak (corresponding to near-zero porosity) condition, then degrades to an ultimate residual strength that is lower as a result of bulking, a corresponding increase in porosity, and a drop in interlock under continued shear. The following comments summarize the key findings of this research: • The model for predicting rock fill material shear strength was used as a residual strength criterion. A relationship for estimating Hoek-Brown residual parameters as a function of equivalent roughness of rock fill particles and basic friction angle was used. • Macro-level measurements around setup rooms and gate entry development areas indicated that most of the observed ground control problems may be related to subsidence movements over the setup rooms area. • Mechanisms that may be responsible for poor ground conditions in setup rooms and adjoining gate entries were identified. Collected field data and numerical analyses results tend to support the identified mechanisms. • The integrated field monitoring and numerical modeling study here assisted the cooperating coal company to plan for additional supports in development entries impacted by the fault zone and in taking appropriate safety measures while the longwall face advanced toward the fault and crossed it.

Magíster en Minería / Ingeniero Civil de Minas / El proceso de planificación minera es un etapa clave con miras a la obtención del mejor valor del negocio, no obstante, existen ciertas incertezas en el proceso asociadas a interferencias de distinta naturaleza. En este trabajo se busca desarrollar una metodología que permita incorporar en forma dinámica interferencias del tipo operacional con origen geotécnico. Es común observar en etapas previas de ingeniería que dichas interferencias sean consideradas y cuantificadas con el objetivo de establecer su impacto en el proyecto. La Mina El Teniente de CODELCO, cuya producción representa aproximadamente el 8% del cobre fino a nivel nacional, se encuentra constantemente en crecimiento desarrollando la ingeniería de cada uno de los nuevos sectores productivos e identificando los riesgos críticos a la materialización del proyecto como lo es la existencia de estallidos de rocas producto de la geotecnia y profundidad donde se desarrolle el nuevo proyecto. El siguiente trabajo propone una metodología para incorporar la probabilidad de ocurrencia de un evento sísmico de magnitud determinada en base a variables geotécnicas, minerías y operacionales .La metodología se compone principalmente por dos modelos; El primero busca estimar el peligro sísmico en base a características geotécnicas y operacionales, el cual fue definido en el informe Peligro Sísmico para el Plan Exploratorio (PSPEX). El segundo es un modelo de optimización que alimenta el software de planificación minera Universal Delphos Sequencer and Scheduler (UDESS). Integrando ambos modelos mediante bloques de iteración y evaluación secuencial de los resultados, se genera un plan de producción e incorporación de área que permita establecer la mínima probabilidad de peligro sísmico inherente al cumplimiento del plan definido para las zonas de análisis. Se definen tres casos en los cuales se busca controlar el peligro sísmico en un caso pasado o PSPEX; replicando la extracción e incorporación por periodos, uno presente o PND; el cual permite producir o incorporar sin replicar temporalidad y finalmente uno futuro ; que permita estudiar el impacto de cada una de las variables geotécnicas involucradas. Se generaron planes de producción acordes a lineamiento de planificación entregados por la División El Teniente. En todos y cada uno de estos casos, se logró disminuir la probabilidad de peligro sísmico por zona, en algunos de ellos cumpliendo el Peligro Sísmico Límite (PS_Límite) establecido y en otros casos su disminución considerable debido a las restricciones exigidas para el cumplimiento del plan no lo permitían. Se desprende una evaluación del valor presente neto por iteración asociada a la variación de la probabilidad, lo cual puede definir criterios evaluación al momento determinar el valor del proyecto afecto a riesgo. La metodología logra incorporar el peligro sísmico para una zona de análisis dados sus parámetros geotécnicos y operacionales en forma dinámica. Dada su flexibilidad, es posible que fueran incorporadas otras interferencias operacionales definidas por modelos cuyas variables puedan ser controladas en el modelo de optimización, como el propuesto en este trabajo de tesis. Se recomienda continuar con la profundización del modelo de Peligro Sísmico, el cual permita una calibración automática y/o extrapolación de este, para su aplicación en otros sectores o minas. De este modo podría ser considerado el Peligro Sísmico en forma dinámica en el desarrollo de la Planificación Minera de nuevos sectores productivos.

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.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 1/4/2021. / Ingeniera Civil de Minas / La División Andina de CODELCO tiene considerado para el año 2019 el inicio de un proyecto llamado III Panel Extendido, el cual actualmente se encuentra en el proceso de Ingeniería de Pre factibilidad / Factibilidad. Este proyecto contempla utilizar el método de explotación Panel Caving con hundimiento Convencional y tendrá una vida útil de 12 años, con una producción en régimen de 18 Kt/d. Una de sus características más importante es que el LHD cargará directamente sobre la tolva del camión. En este trabajo de memoria se realiza un análisis de los procesos operativos de carguío y transporte del proyecto, con el objetivo de evitar retrasos en su puesta en marcha. La metodología comienza con la recolección de la información, lo cual implica entrevistas con operadores y supervisores de la División Andina, registro de datos en terreno, recopilación de informes y asistencia a reuniones sobre el proyecto. Más adelante, se desarrolla un diagnóstico el cual corresponde a una revisión de las fortalezas y debilidades del proceso actual en el III Panel, con tal de utilizarlas como lecciones aprendidas en el proyecto que recién comienza. Con toda la información recopilada se determinan los parámetros operativos del proyecto a partir de los obtenidos en las pruebas de LHD semiautónomos y de los parámetros actuales de operación. Finalmente se realizan recomendaciones a los procesos de carguío y transporte, además de algunas recomendaciones que buscan mejorar el diseño minero. Los resultados indican que el carguío del camión debe realizarse mediante un remanejo del mineral que el LHD previamente ha acopiado en el frontón, debido a que esta opción es al menos 2 veces más eficiente que las otras existentes. El diseño de los niveles de producción y transporte debe plasmar las necesidades del proyecto, por consiguiente debe realizarse en favor de tiempos de ciclos más eficientes. Para esto en este trabajo se entregan algunas recomendaciones como: agregar curvas de alta velocidad y estocadas de acopio para la limpieza de pistas, incluir mejoras en el diseño de la zona de abastecimiento de petróleo, etc., además de algunas recomendaciones del proceso operativo en sí, como las zonas de confinamiento para los equipos de tecnología autónoma o semiautónoma. Como conclusión, la granulometría afectará directamente los procesos productivos del III Panel Extendido. Esto, sumado a la alta dependencia entre niveles que poseerá el proyecto, realza la importancia de realizar la coordinación necesaria entre procesos, de manera de evitar retrasos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / Uno de los problemas más importantes de la minería es la estimación de la estabilidad estructural de la mina, a lo largo de su vida útil. Para estimar la estabilidad estructural, se requiere conocer el campo de esfuerzos, y considerar un criterio de falla del material rocoso. El campo de esfuerzo depende de la geometría del macizo rocoso y de su evolución. El criterio de falla depende de conocer en detalle la composición y comportamiento del macizo rocoso. Una gran dificultad de los métodos de explotación subterránea basados en el Caving es que no se conoce la geometría ni las fases del material con la precisión deseada. Tampoco se conoce la evolución desde material competente a material extraído. De esta manera, no se pueden estimar los esfuerzos ni establecer la estabilidad de la mina, con la precisión deseada. Para estimar la geometría y las fases del material, se desarrolló e implementó un modelo dinámico 3D, de elementos discretos. En un comienzo, estos elementos discretos, están unidos por resortes representando la roca competente. Estos resortes se pueden romper como efecto de cargas superiores a su límite de ruptura, tal cual lo establece el criterio de falla de Mohr-Coulomb. De esta manera, los elementos unidos por los resortes representan la roca en estado competente, y los elementos que cuentan con suficientes resortes rotos, representan el material conminuído que se extrae por las bateas. Esta cantidad de material esta determinado por la información de extracción. La información de extracción es una fuente de información abundante y valorada. Dado que se cuenta con la cantidad de material extaído por cada batea y parámetros de roca se puede modelar el comportamiento del material en función de extracción. Conocido este comportamiento, se puede estimar la geometría de la mina. Los resultados obtenidos muestran la evolución de la cavidad, Cave Back, al interior de un macizo rocoso explotado por el método de Block Caving.

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Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 30/5/2021. / Ingeniero Civil de Minas / En el actual escenario de atraso de la puesta en marcha del Proyecto Nuevo Nivel Mina (PNNM), la División El Teniente se encuentra en la necesidad de evaluar diversos proyectos de contingencia que permitan mitigar el déficit de mineral que deberá enfrentar la División durante los próximos años hasta la puesta en marcha y ramp-up del PNNM Uno de los prospectos de mayor interés se encuentra al sur de la mina Esmeralda, dado que su ubicación permite explotar los recursos mediante la extensión de operaciones cercanas y a su vez a las campañas de sondajes ofrecen un 90% de reservas probadas, suficientes para realizar estudios a nivel de ingeniería de prefactibilidad. Dentro de este margen, se evalua la factibilidad técnica y económica de la explotación de Recursos Sur para así determinar la conveniencia de continuar los estudios del proyecto en etapas de ingeniería posteriores. Se recopilaron los antecedentes geológicos para identificar las reservas in situ, la litología presente, principales estructuras y el ambiente geotécnico del sector. Junto con esto se analizó la geomecánica del sector, determinándose que el proyecto se encuentra emplazado en un ambiente de esfuerzos similar al del sector de Diablo Regimiento. Utilizando como base los estándares para estudios de perfil, se analizó la explotación de los recursos mediante Rajo Abierto y Panel Caving. El resultado preliminar determinó que la explotación subterránea posee un mayor potencial económico por lo que se continuó el estudio enfocado el método subterráneo. Se generaron 4 opciones de explotación en función de la envolvente económica de las cuales, en función de su potencial técnico y económico, se eligieron 2; acoplada a Esmeralda denominada Continuidad de Bloques 4 y 5, y desacoplada explotando los recursos como un Caving Virgen. Dadas las alternativas de explotación, se generó el diseño minero para ambas opciones, el cual se utilizó para realizar un modelo de constructibilidad del sector, con objetivo de entregar la temporalidad del inicio y fin de los desarrollos, obras y construcciones junto con la puesta en marcha para cada estrategia. A su vez el modelo entregó las estimaciones de CAPEX requeridos para cada periodo de desarrollo del proyecto. Finalmente se realizó una evaluación económica del proyecto, obteniéndose resultados positivos de VAN para ambas estrategias analizadas entregando valores de 284,7 y 235,5 MUS$ para las opciones de Continuidad de Bloques y Caving Virgen respectivamente. En función de los antecedentes geológicos y geomecánicos, junto con la planificación, diseño, constructibilidad y análisis económico realizado a lo largo del estudio, se concluyó que la explotación subterránea del proyecto Recursos Sur presenta suficiente robustez técnica y económica para continuar sus estudios en la etapa de ingeniería de prefactibilidad. Se sugiere continuar los estudios de la opción de Continuidad de Bloques puesto que presenta mayor potencial económico y sinergias de constructibilidad extendiendo la vida de Esmeralda en 17 años. Se recomienda analizar el ambiente de esfuerzos esperado del acople de las cavidades de Esmeralda y Diablo Regimiento y junto con esto realizar campañas de sondajes para la etapa de ingeniería de factibilidad.

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Sublevel caving is an underground mass mining method that utilizes the gravity-induced material flow for ore extraction. The granular flowbehavior is one of the main phenomena describing this mining method’s efficiency; therefore, a good understanding of the flow behavior is essential.The knowledge of the material flow behavior evolved in the late 1950:s when the mining method became more commonly used. However, due tothe complexity of the granular material flow, all parameters are not well studied, and a lack of knowledge still exists. With the increasing mining depths, higher stresses will occur inside the rock mass. How these increased stresses influence flow behavioris one of the parameters that are not well studied. Unfortunately, manipulating these is challenging in physical material models and mighteven be impossible in field experiments. However, achieving such control is possible using a discrete element method software. The model developedfor this thesis simulates pre-stressed rock mass up to 50 MPa and monitors the flow behavior in the software PFC3D. The result showed that the increased stress had the potential of causing a stable configuration of material inside the opening ring, known as a hangup.The hang-up later was destabilized when the blast continued to the next ring. For the chosen blasting geometry, the shape of the draw zone of thematerial that reached the extraction point did not seem to be affected by the stresses. / Skivrasbrytning är en gruvbrytningsmetod som nytjar flödet av material som skapas av graviationen och dess effektivitet är starkt kopplad tillbetendet hos materialflödet. Sedan gruvbrytningsmetoden blev allt vanligare i slutet av 1950-talet har ett flertal experiments konstrueratsför att utvärdera de parametrar som har antagits ha en inverkan på flödet, vilket resulterat i en effektivare gruvbrytningsmetod. På grund avkomplexiteten hos materialflödet är inte alla parametrar lika väl studerade, och brist på kunskap existerar fortfarande. Med de fortsatt ökande djupen i gruvorna, förväntas allt högre spänningar inuti berget, och hur dessa påverkar materialflödet är inte välstuderat. Dessa spänningar är svåra att kontrollera i både materialmodeller och vid fältförsök. Med distinkt elementmetodprogramvara kan däremotspänningarna i berget kontrolleras och flödesbeteendet studeras. I den modell som byggts för detta arbete utvärderas spänningar upp till 50 MPai programvaran PFC3D. Resultatet från simuleringarna utförda i PFC3D visade att de ökade spänningarna kan orsaka upphängning av materialet i öppningskransen.Flödet återupprättades när brytningen fortgick till nästa krans. Utöver detta studerades flödesbeteendet av det material som nådde uttagspunkten,där visade resultatet att omgivningstrycket inte har en inverkan på flödet för den valda sprängningsgeometrin.