Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / En minas de block/panel caving las características del flujo gravitacional del material afectan fuertemente la recuperación y productividad de un yacimiento. Debido a esto, es que las características de flujo del material hundido juegan un rol fundamental en la determinación, a nivel ingenieril, del diseño óptimo de la malla de explotación. Hasta el momento se han realizado pocos estudios sobre la fluidez del material en minería de caving, por lo que resulta trascendental estudiar esto. El objetivo de esta investigación es el plantear una metodología capaz de predecir las características de flujo de materiales compuestos por finos y gruesos, y con presencia de humedad bajo confinamiento, en un modelo escalado, con tal de replicar el estado de esfuerzos presente en minas de block/panel caving. La fluidez del material puede ser cuantificada por medio de las colgaduras observadas en los puntos de extracción de una mina, al igual que en el modelo experimental, donde los factores que afectan son la distribución granulométrica y su relación con el tamaño de apertura de los puntos, la presencia de finos y agua, la carga vertical, el ángulo de fricción del material, e inclinación de las paredes del punto de extracción. Por medio del análisis de Janssen-Walker, es posible calcular, de forma teórica, los esfuerzos en las paredes de un bunker completamente lleno de una sección transversal cualquiera con un material no cohesivo, el cual sería el caso del modelo, pudiéndose así escalar los esfuerzos presentes en una mina. Los experimentos realizados utilizaron mineral con la granulometría esperada de Chuquicamata Subterránea escalada a 1:75, con y sin carga vertical, probando distintas presencias de finos (0, 20 y 40 [%]) y viendo el efecto de la humedad. Dentro de las principales conclusiones se tiene que, las grandes colpas son el principal factor de colgaduras en los puntos de extracción y que la fluidez disminuye (aumento de colgaduras) al incrementar el confinamiento y el porcentaje de finos presente, y al haber presencia de humedad. En presencia de finos y humedad se tiene que el flujo disminuye considerablemente, pudiendo observarse experimentos donde el flujo de material debió ser asistido y otros donde simplemente, el flujo era inexistente. También, durante los experimentos de flujo confinado, se encontró la formación de colgaduras en altura, las cuales eran imposibles de descolgar y daban por finalizados los experimentos. Estas colgaduras varían de altura y diámetro dependiendo de la presencia de humedad y finos, siendo de menor altura, las que presentan mayor porcentaje de los factores antes mencionados.

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.

Magíster en Minería / En los métodos de block /panel caving el flujo gravitacional es un factor importante que tiene gran influencia en la toma de decisiones para un óptimo diseño y planificación de la mina. Diversas investigaciones en el tema se han desarrollado desde los 60 utilizando modelamiento físico, numérico y ensayos a gran escala. Para el caso específico de los modelos físicos, el objetivo de estas investigaciones se ha basado en comprender el mecanismo involucrado en el flujo gravitacional de medios como arena y grava, para determinar su impacto en el diseño. Paralelamente con datos observados se han construido guías empíricas de diseño que han sido ampliamente utilizadas, sin embargo en las últimas décadas la explotación de este método subterráneo ha cambiado y en la actualidad es utilizado para una amplia gama de resistencia de macizos rocosos. Con el objetivo de determinar variables que tengan mayor importancia en la caracterización del flujo gravitacional en material granular fino, este trabajo presenta el estudio experimental sobre un modelo físico no confinado (Escala 1:75). En él se llevaron a cabo diez ensayos considerando como variables: material fino, masa de extracción acumulada y porcentaje de humedad sin llegar a la saturación del medio. Los resultados indican que las variables que afectan la geometría de las zonas de flujo son la humedad y la masa de extracción acumulada. Para el caso del material húmedo, el diámetro máximo alcanzado después de 14 [kg] de masa de extracción tiene pequeñas variaciones en su incremento, sin embargo la altura continua propagándose a lo largo de la columna de mineral. Cuando los porcentajes de humedad son igual a 6%, la altura de los elipsoides no llega a un valor similar (69.9 [cm]) que los ensayos restantes. Estos cambios en el comportamiento del flujo gravitacional se deben a la cantidad de agua añadida al material fino. De esta forma se producen fuerzas capilares que cambian las propiedades resistentes del material. Por otro lado, los diámetros obtenidos fueron escalados al prototipo y proyectados sobre un layout de 34 x 17 [m], se verificó que los elipsoides se traslapan dentro de la batea, pero no entre estas. El resultado es tonelaje de material aislado que disminuye la recuperación de mineral. Además, los resultados respecto a la frecuencia de colgaduras son cercanos a los datos de puntos de extracción relacionados con material fino y humedad de la mina Esmeralda. Esta aproximación entre datos reales y experimentales se debe a que el factor de flujo (carga vertical y resistencia del material) es similar en los dos casos (prototipo y modelo físico). Finalmente, con los datos experimentales y el uso del análisis dimensional mediante la aplicación del teorema de Buckingham se proponen dos modelos matemáticos para predecir la geometría de los elipsoides (altura y diámetro).

Magíster en Minería / En minería es cada vez más recurrente el desarrollo de operaciones a mayores profundidades. En particular, en la minería subterránea masiva explotada por el método de Block/Panel caving esto genera como consecuencia grandes alturas de columna de material quebrado, desarrollando altos esfuerzos producto de la sobrecarga. Es así que surge la presente investigación, con el propósito de estudiar el impacto de mayores esfuerzos en la extracción y fragmentación del mineral El estudio se centra en dos áreas de interés: la fragmentación secundaria y los eventos de colgadura. Estos tópicos son analizados a través del modelamiento físico, para el cual es utilizado un modelo de flujo confinado ubicado en el Laboratorio de Block Caving de la Universidad de Chile. Este modelo emula la extracción desde una batea a través de un sistema LHD. Los experimentos desarrollados consideran mineral el cual fue previamente preparado para representar dos curvas de fragmentación primaria. Dentro de las variables estudiadas se encuentran: el tamaño de los fragmentos, la carga vertical y la humedad; para las cuales se considera la extracción desde un punto de extracción y desde ambos puntos de la batea. Al evaluar los eventos de colgaduras, los resultados experimentales muestran que una mayor relación entre la abertura de extracción y el tamaño medio de partícula mejora la capacidad de flujo del material, así como la extracción desde ambos puntos de extracción también favorece la aparición de una menor cantidad de eventos, disminuyendo los eventos de colgadura en entre un 20 y 30 porciento al compararlos con la extracción desde un solo punto de la batea. Mientras que al aumentar la carga vertical y la humedad, incrementa el número de colgaduras generadas. También se observa que la altura de las colgaduras incrementa con la carga vertical en mineral seco. A través de los resultados obtenidos, fue posible desarrollar un gráfico para estimar la frecuencia de colgaduras el cual es validado con datos de terreno de diversas operaciones mineras. Por otra parte, es presentado un modelo de conminución con base experimental, el cual permite estimar la fragmentación secundaria a diferentes alturas de columna extraída. A diferencia de otros modelos de predicción de fragmentación secundaria, este modelo considera el esfuerzo vertical asociado a la sobrecarga de material quebrado. Finalmente, el modelo propuesto es comparado con la fragmentación generada en operaciones de block caving mostrando la capacidad del modelo planteado para modelar las curvas de fragmentación. Los resultados obtenidos en cuanto a colgaduras y predicción de la fragmentación secundaria, tienen aplicación en el diseño y planificación en minería de caving, a través del gráfico de estimación de colgaduras y el modelo de conminución presentados.

Ingeniero Civil de Minas / La minería de block/panel caving es considerada actualmente una de las mejores opciones para explotar yacimientos masivos a gran productividad y a bajo costo. Este método de explotación basa su funcionamiento en el flujo gravitacional del mineral, es por ello que resulta fundamental asegurar tanto el hundimiento de la roca como la continuidad de la extracción de la misma. Existen ciertos problemas en la continuidad operacional de una mina de caving, tal como la formación de colgaduras y la aparición de sobre tamaños, éstos interrumpen el flujo normal de mineral en los puntos de extracción y además, para solucionar el problema es necesario recurrir a explosivos, lo que implica un aumento de los costos e interferencias producidas por la tronadura de éstos. Numerosos estudios en silos y en piques de traspaso han sido realizados con el fin de predecir la formación de colgaduras, sin embargo, la información respecto a la formación de colgaduras en puntos de extracción es limitada. El laboratorio de Block Caving de la Universidad de Chile ha estudiado distintas variables que tienen un efecto en torno a la formación de colgaduras como lo son: esfuerzos verticales, finos, humedad, granulometría y variables de diseño para el sistema de extracción de minería continua (Fuenzalida, 2012; Orellana, 2012; Gómez, 2014 y Olivares, 2014). Todas las variables anteriores son de importancia para entender la formación de colgaduras considerando distintos escenarios, sin embargo, aún existen variables a las cuales no se les ha medido el impacto. El objetivo general de ésta investigación es cuantificar experimentalmente el efecto de las variables de diseño de las bateas y la granulometría en la frecuencia de colgaduras y sobre tamaños. Para cumplir ello se propuso una metodología experimental que consideró un modelo físico construido a partir de una búsqueda de información respecto de las bateas y equipos utilizados actualmente, así como la granulometría observada en puntos de extracción de la Mina Esmeralda de El Teniente. El plan experimental consistió en la realización de 7 experimentos a una escala 1:50, considerando tres distintos tipos de bateas, la primera considerada como caso base y dos más en las cuales se varió la longitud y la altura respectivamente. Para la batea del caso base, se consideraron tres granulometrías distintas (fina, intermedia y gruesa). Mientras tanto, para la batea corta como para la batea alta solo se utilizó la granulometría fina y gruesa. Además, se realizó un análisis de imágenes con el fin de comprender qué tipo de tamaños y que combinación de éstos son los que participan en la formación de un arco estable de una colgadura, para ello se analizaron imágenes de un punto de extracción en estado colgado y en estado normal. Las principales conclusiones fueron que: como se esperaba, la masa entre colgaduras aumentó a medida que la granulometría utilizada fue más fina, por otro lado, un aumento en el ángulo de la batea resultó en un aumento en la masa entre colgaduras y al reducir el largo de la batea la masa entre colgaduras aumentó. La masa entre sobre tamaños aumentó a medida que la granulometría utilizada fue más fina, por otro lado, no existió una correlación entre la aparición de sobre tamaños y la geometría de la batea y se corroboró que la aparición de sobre tamaños es muy variable. Respecto al análisis de imágenes, se concluyó que dentro de la batea existe un fenómeno denominado segregación, el cual consiste en el movimiento preferencial de finos y una acumulación de gruesos dentro de la batea, esto entrega nuevas condiciones para la predicción de colgaduras. Como regla se estableció que sobre un 25-30% de gruesos (tamaño medio sobre 28% del ancho punto de extracción) existe un 60% de probabilidad de no flujo.

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.