Ingeniero Civil Eléctrico / El control de la entrada de dilución en minería de block caving es un factor importante para maximizar la ley media de mineral del material extraído. El conocimiento de este influye directamente en la planificación de extracción. Por este motivo, marcadores han sido utilizados en diversos yacimientos de minería subterránea con el fin de conocer la ubicación del material de descarte, sin embargo no existe una herramienta en tiempo real basada en sistemas de navegación inercial en el mercado que realice este cometido. Este trabajo de título busca un método alternativo de marcado de material al existente en la actualidad, basado en un sistema de navegación inercial. El sistema diseñado consta de una serie de nodos comunicados entre sí, denominados trazadores, quienes entregan la información a un nodo central para el cálculo de su posición en tiempo real. Dado el alcance de este trabajo de título, se trabajó en pruebas del sistema de adquisición de datos; construyéndolo y validando su factibilidad de uso, entregando de esta forma información de la aceleración y velocidad angular de un cuerpo de interés. La construcción del sistema se realizó de acuerdo al diseño planteado, mostrando satisfactoriamente plenas capacidades de sus módulos funcionales, midiendo correctamente las variables de interés necesarias para estimar la posición del dispositivo trazador. Se espera que en trabajos futuros se desarrollen técnicas de procesamiento de datos utilizando esta herramienta, mediante filtros Bayesianos u otro tipo, que permita estimar la posición con un error más acotado; y que de esta manera se prolongue el tiempo de uso del sistema en yacimientos mineros.

Autorizado por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2020 / Diversos conceptos se han implantado en el proceso de innovación tecnológica de la minería, siendo uno de ellos la Minería Continua, es así como IM2 Codelco, solicita estudiar el comportamiento del flujo gravitacional asociado a esta nueva forma de extracción. Este trabajo tiene por objetivo analizar, cuantitativa y cualitativamente, los resultados obtenidos de los experimentos realizados relacionados con el de flujo gravitacional, que simulan la extracción continua, a través de un punto de extracción, por medio de un equipo extractor continuo frontal, y un extractor continuo que empuja desde la parte interior del punto de extracción, desarrollados en un modelo 2-D. Los experimentos realizados arrojan como resultado lo siguiente: Descripción d80 (mm) d80/d10 Masa total extraída (Kg) Masa(gr/ciclo) Tiempo (s/ciclo) Velocidad (mm/s) Fuerza Empuje (KN) Exp 3 P2-G1 19 5,6 30,3 36,9 (±44) 10,7 (±2,9) 5,9 (±1,6) 57 MC Mina - 25 6,9 - 63 (± 37,6) 11 5,4 (±1,2) 16,6 -7,1 Comparación experimento y escala mina sistema dozer (los valores MC Mina están escalados a valores de modelo) Donde se observa que la masa extraída en la experimentación es menor que la obtenida del prototipo. Los experimentos logran emular la cinemática del sistema dozer, donde el sistema de extracción escalado y el sistema de extracción real arrojan resultados que están dentro del orden de magnitud del sistema de MC Mina. Donde se aprecia que los parámetros de mayor incidencia en el modulo experimental corresponde a la granulometría y a la ubicación espacial del sistema. Por último se recomienda incluir nuevas variables de diseño a estudiar, como también realizar un estudio comparativo entre el flujo gravitacional asociado a un LHD contrarrestado con el generado por un extractor continuo.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / Las actuales condiciones de operación de la minería por hundimiento producen bajas velocidades de extracción y costos operacionales que progresivamente han ido en aumento, lo cual impacta directamente en la rentabilidad de los proyectos. Los sistemas de altas velocidades de extracción (SAVE) surgen como una respuesta tecnológica de alta productividad, considerando equipos estacionarios de extracción y acarreo que funcionan en forma continua y simultánea. La planificación de los SAVE es diferente al sistema LHD tradicional, a causa de los disímiles montos de inversión que requieren y estructura de costo fijo y variable. El objetivo principal de éste trabajo es cuantificar el impacto económico que genera la implementación de un SAVE, para lo cual se considera el efecto que genera los SAVE en las variables que influyen en la planificación minera, principalmente en el método de explotación (Block/Panel Caving), estructura de costos, secuencias de explotación, alturas de columna y área activa. Las restricciones aplicadas al Panel Caving limitan la velocidad media de extracción del método, principalmente durante el proceso de propagación del quiebre (extracción del 30% de la columna mineralizada). Por el contrario un SAVE, aprovechando la simultaneidad de la extracción y aplicación del pre-acondicionamiento, puede ser explotado mediante un esquema de block caving, puede triplicar los rendimientos del área. La estructura de costos es completamente distinta al sistema LHD tradicional, siendo el costo fijo (preparación) el de mayor incidencia. El costo operacional se reduce considerablemente con respecto al sistema LHD tradicional (50%), lo cual genera un aumento de las alturas de columnas extraíbles debido a la disminución de las leyes de cierre. Finalmente se realiza una evaluación económica comparativa entre un SAVE y un sistema LHD tradicional, obteniendo un aumento de VAN del 18% que se debe principalmente a la reducción del gasto operacional y de preparación.

Ingeniero Civil de Minas / La División Goldex de la empresa Agnico Eagle Ltd., opera una mina subterránea ubicada en la ciudad de Val-d Or, Québec, Canadá. Debido a la geometría del yacimiento (zona GEZ) y las bajas leyes de oro, la explotación considera un caserón de grandes dimensiones, utilizando una combinación de los métodos block caving por su bajo costo y alta productividad; longhole stoping, buscando una fragmentación adecuada y otorgando flexibilidad en la operación; y shrinkage debido a la estabilidad que entrega a las paredes. A pesar de las consideraciones del método seleccionado, una de las preguntas más importantes de la faena a lo largo de su vida, es la estabilidad final de la mina. Estudios a través de modelos numéricos estiman desprendimiento de estéril proveniente del techo, lo cual ha coincidido con las mediciones reales, pero al momento de tomar la forma final del caserón, el desprendimiento ha sido considerablemente mayor. Lo anterior motiva el presente estudio que tiene como objetivo principal determinar la potencial recuperación de reservas de la mina Goldex, a partir de una revisión de antecedentes que defina los posibles escenarios esperados, con respecto a su estabilidad y la utilización de la herramienta de flujo gravitacional, REBOP. Para que REBOP represente de forma fehaciente el flujo es necesario realizar una calibración de éste, variando los datos de entrada a ingresar, dependiendo de las características del macizo rocoso, el diseño de la mina y su programa de extracción. Los resultados entregados por REBOP muestran un error de la ley estimada mensual de 0,20 [gr/ton] y una buena coincidencia entre los espacios de aire generados, por la extracción y la propagación del caving, medidos en la operación con los visualizados en REBOP. De lo anterior se concluye que REBOP como una herramienta de planificación a largo plazo permite obtener una estimación cercana de leyes y finos a partir de un plan de producción y una estrategia de extracción dada, ayudando de esa forma a la evaluación de distintos escenarios propuestos para la explotación futura de nuevas zonas u otras ya existentes. Calibrada la herramienta de flujo, se definieron 3 casos geomecánicos a evaluar: estable, inestable parcial y colapso. Para cada uno se consideraron además, 2 diseños posibles: 1 ó 2 niveles de producción; y 2 estrategias de extracción: uniforme y proporcional a la columna de mineral. Los resultados de las simulaciones entregaron que para los 3 casos el mejor VAN y la mayor recuperación, se obtiene utilizando 2 niveles de producción considerando una estrategia de extracción uniforme. La tabla siguiente resume los resultados obtenidos para cada caso, definiendo el diseño, estrategia de extracción, recuperación y VAN obtenido. Tabla: Resumen de resultados para cada escenario evaluado. Caso Diseño Estrategia de extracción Recuperación VAN Estable 2 niveles de producción Uniforme 97,9% MUS $ 828,77 Inestable Parcial 2 niveles de producción Uniforme 82,2% MUS $ 534,23 Colapso 2 niveles de producción Uniforme 70,0% MUS $ 492,47

Ingeniero Civil de Minas / El método empírico de diseño de excavaciones subterráneas de Mathews predice la estabilidad de un caserón en función de su tamaño y la competencia del macizo rocoso en un contexto minero. Una de las ventajas del método es que es simple de utilizar y se considera como una herramienta práctica, ampliamente utilizada en la industria para estudios conceptuales y de pre factibilidad. El objetivo de esta memoria es la evaluación estadística de los factores de ajuste del método y el impacto en el diseño empírico de caserones utilizando una base de datos que contiene un número suficiente de casos históricos (465) con información respecto al radio hidráulico, factores de ajuste, calidad de macizo rocoso y condición de estabilidad entre otros. La metodología propuesta consiste en cuatro etapas: 1. Definir una matriz de contingencia que discrimina entre casos reales versus casos hipotéticos. Esta matriz permite construir indicadores estadísticos que miden el desempeño de la(s) frontera(s) que define(n) a los estados de clasificación ( Estable , Falla y Falla Mayor ). El indicador estadístico utilizado en este estudio es el PSS (Pierce Skill Score) el cual toma valores entre 0 para un clasificador totalmente aleatorio y 1 para un clasificador perfecto. 2. Proponer una serie de análisis a realizar que contemplan configuraciones de factores de ajustes propuestos que deben ser sometidos a la metodología. Cada análisis entrega por resultado indicadores de desempeños y una frontera de clasificación asociada. 3. Definir un criterio para seleccionar un nuevo factor, este consiste en escoger aquellos factores que mejoren el desempeño de la línea base, la cual queda definida al aplicar la metodología a las fronteras más recientes disponibles en la literatura. 4. Medir el impacto en el diseño empírico de caserones que tendrían nuevas propuestas de factores. Un primer resultado del estudio indica que se deben agrupar los casos Falla y Falla Mayor en un solo estado de clasificación denominado Inestables . El indicador del estado Falla es deficiente en relación a los de los estados restantes y no permitiría su predicción. Un segundo resultado es que si ciertos factores no influyeran en el método, el desempeño que se obtiene sería el mismo que el de la línea base, lo que contradice la función de los factores de ajuste por tanto resulta indispensable encontrar mejoras al desempeño base. Se encontraron cinco factores que aumentaron el desempeño base. De estos factores es clave destacar que son menos conservadores que los originales en su forma, sin embargo esto no resta un argumento suficiente para establecer que los diseños también lo serían. Por esta misma razón, se cuantificaron los cambios en radio hidráulicos admisibles. Para ello se simularon 1000 casos respetando las distribuciones originales de los inputs de método. Los resultados señalan que solamente una propuesta de factor (Nuevo Factor A) entrega radios hidráulicos en promedio un 20% mayores con una desviación estándar del 20% respecto a los que otorgaría la línea base. Por lo tanto los diseños son, en su mayoría, menos conservadores lo que implicaría un aumento de reservas en un yacimiento a explotarse mediante un método de excavaciones subterráneas sin soporte.

Ingeniero Civil de Minas / Los métodos de estabilidad gráficos corresponden a una herramienta empírica de diseño en donde se relacionan el tamaño de la geometría excavada, la competencia del macizo rocoso y la estabilidad de la excavación. Uno de los parámetros que incide en la estabilidad del caserón corresponde al factor de esfuerzos A , el cual es función de los esfuerzos inducidos sobre la pared y el UCS de la roca. Para la obtención de estos esfuerzos, Mathews (1981) desarrolló gráficos derivados del modelamiento numérico 2D en función de los esfuerzos in-situ y la geometría de la excavación. El objetivo de esta memoria es el desarrollo de nuevos gráficos de estimación de esfuerzos inducidos a partir del modelamiento numérico 3D y el análisis del impacto que éstos producen en el cálculo del factor A y en consecuencia en el diseño de caserones. La metodología propuesta consiste en 2 etapas: Modelamiento numérico, la cual se centra en la realización de curvas para estimación de esfuerzos inducidos, utilizando el software de modelamiento numérico en tres dimensiones RS3, con el objetivo de extender a geometrías 3D los gráficos propuestos por Mathews. Impacto en el diseño, se centra cuantificar el impacto generado en el cálculo del factor de esfuerzos. Para esto se realizan 1000 casos sintéticos de caserones, con diferentes geometrías y distintas condiciones de esfuerzos, a los cuales se les calcula el factor de esfuerzos utilizando tanto las curvas de Mathews como las nuevas curvas. Finalmente se aplican estos resultados a la base de datos de Mawdesley (2002) de manera de observar el impacto generado en el gráfico de estabilidad y en el radio hidráulico máximo permisible. El primer resultado de este estudio indica que en el caso de techos y paredes de término, las nuevas curvas de esfuerzos inducidos, derivadas del modelamiento numérico 3D, presentan grandes diferencias con la curvas propuestas por Mathews, esto repercute significativamente en el cálculo del factor A, pudiendo obtenerse resultados completamente distintos dependiendo de los gráficos utilizados. Por su parte en el caso de las paredes de término no se observan diferencias significativas entre ambos gráficos. Con respecto al impacto en el diseño, el principal resultado obtenido muestra que la utilización de las nuevas curvas de estimación de esfuerzos sobre techos y paredes de término trae como consecuencia la obtención de radios hidráulicos permisibles significativamente mayores a los de la metodología convencional, observándose diferencias promedio de 20% y 30% respectivamente. Por su parte, en el caso de las cajas no se observa un impacto significativo. Finalmente se recomienda la utilización de una base de datos histórica que contenga la totalidad de la información requerida (geometría de caserones y esfuerzos in-situ) con el propósito de evaluar de una manera más prolija el impacto de las nuevas curvas.

Magíster en Minería / Ingeniero Civil de Minas / La aplicación de métodos de caving en minas de gran profundidad se ha vuelto cada vez más frecuente, lo que se traduce en un incremento en las alturas de columna de mineral a explotar. Por este motivo, el material que fluye hacia los puntos de extracción se encontrará bajo un alto régimen de esfuerzos. El flujo gravitacional tiene un impacto sobre la recuperación de las reservas del yacimiento, por lo que resulta trascendental estudiar los mecanismos físicos que permitan comprender el proceso por el que un material hundido se mueve desde su posición inicial hasta los puntos de extracción bajo estas condiciones. El objetivo de esta tesis es mejorar el entendimiento sobre los mecanismos físicos en un flujo gravitacional confinado aplicado a minería de caving, a través de un set experimental. Para ello se diseña y construye un equipo de laboratorio capaz de replicar aproximadamente la magnitud los esfuerzos verticales existentes en la mina, para estudiar el efecto de la sobrecarga aplicada en la capacidad de fluir del material, medir la fragmentación y compactación del material durante los ensayos y medir el efecto del esfuerzo vertical en las zonas de flujo del material. A partir de diferentes ensayos se determinan las propiedades de corte, propiedades de resistencia, tamaños y forma del material. Los parámetros a variar en los ensayos corresponden al esfuerzo aplicado por la prensa hidráulica y el tamaño del material a utilizar. Los experimentos realizados muestran una clara influencia de la carga vertical aplicada en el comportamiento del flujo material granular. Entre mayor es la carga vertical, mayor es el grado de compactación, a su vez existe una mayor reducción de los tamaños de los fragmentos. Además existe una reducción en las características de flujo lo que resulta en colgaduras o arcos mecánicos donde el flujo no es posible a pesar de tener razones entre ancho del punto de extracción y tamaño de partículas mayores a 5 veces. Respecto al efecto del tamaño de partícula, éste no tiene un efecto significativo en la geometría de las zonas de flujo de extracción y movimiento bajo las condiciones establecidas en los experimentos realizados. El mecanismo físico que está principalmente presente en los experimentos que estudian el flujo gravitacional confinado, es el colapso de arcos donde la geometría de IEZ está controlada por la cantidad de masa extraída y los esfuerzos verticales aplicados. Por otro lado, el mecanismo de erosión no se observa a medida que el material es extraído desde el punto de extracción de manera aislada. Finalmente, a partir de los resultados experimentales, se desarrolla una aplicación en minería de caving que relaciona el régimen de esfuerzos a escala mina con los esfuerzos aplicados en los experimentos. La aplicación se enfoca en la capacidad de fluir del material variando de acuerdo al tamaño característico del material, diámetro del punto de extracción y los esfuerzos verticales aplicados.

Magíster en Minería / Ingeniero Civil de Minas / La dilución es una parte integral de una operación minera de hundimiento y su comportamiento posee implicancias relevantes en todas las etapas de un proyecto minero subterráneo. Los modelos de dilución existentes, han sido construidos sin la consideración de parámetros que pueden definir su entrada y comportamiento posterior, tales como la propagación del caving o la ubicación de la dilución con respecto a un panel a explotar. Esto hace que hoy, la principal herramienta de control de dilución en las minas explotadas por block o panel caving sea la medición de la uniformidad con que se realiza la extracción en términos de tonelaje, la cual resulta insuficiente por sí sola cuando el control de tiraje es sólo una de las variables que dominan la entrada de la dilución. El objetivo del presente trabajo de tesis consiste en estudiar el comportamiento de la dilución en las operaciones de hundimiento de CODELCO-Chile con el fin de identificar los mecanismos a través de los cuales la dilución ingresa a los puntos de extracción. Para esto, se desarrolló un software de visualización y análisis de datos de operaciones de block y panel caving, denominado Syscave®. A través del análisis de las curvas de dilución observada, las alturas de columna in-situ, la uniformidad y la secuencia con las que se extraen cuatro sectores de El Salvador y el Panel III de Andina, se identificaron tres mecanismos de entrada de la dilución. Dos de ellos ya son conocidos, y corresponden a la entrada vertical desde un sector ubicado encima del panel analizado y a la entrada de dilución acompañada de un estallido de aire debido a la propagación repentina del caving luego de una colgadura. El tercero corresponde a un nuevo mecanismo identificado como resultado de este trabajo. Éste ocurre cuando el panel se ubica al costado de un sector ya explotado y el cave back se propaga hacia la interfaz con el material quebrado. Si se genera un espacio de aire que permita el ingreso de diluyente y el ángulo de la pila granular permite el flujo lateral del primero, éste viajará hasta puntos de extracción alejados de la interfaz con el material quebrado. Otra conclusión fundamental de esta tesis, es que la propagación del caving hacia el material diluyente es la principal variable controladora de la entrada de dilución. De manera de probar la coherencia del mecanismo de entrada lateral de la dilución con la teoría de flujo gravitacional, se utilizó la herramienta numérica de flujo gravitacional REBOP para evaluar la ocurrencia del mecanismo bajo las condiciones impuestas en la hipótesis. Para ello, se comparó el software con datos de ocho sectores productivos y se simuló la extracción histórica de un sector representativo del mecanismo bajo condiciones de propagación de cave back hacia el material quebrado, obteniéndose como resultado la reproducción parcial del mecanismo para algunos puntos de extracción por parte de éste. Finalmente, a través de un análisis de equilibrio límite se prueba que el proceso que da origen al movimiento lateral del material diluyente es factible desde el punto de vista mecánico bajo las condiciones presentes en una operación de panel caving.

Magíster en Minería / Ingeniera Civil de Minas / Por más de un siglo se ha llevado a cabo investigación referente al campo del flujo gravitacional a través de variadas herramientas. De hecho, casi todas las minas operadas por métodos basados en hundimiento o explotadas por métodos fundamentados en flujo gravitacional han sido objeto de diversas experiencias de modelamiento con modelos numéricos, modelos físicos y pruebas a escala mina, las que han llevado a lograr un importante avance en el entendimiento de los principales mecanismos que gobiernan el flujo gravitacional. En este contexto, los modelos físicos se presentan como una herramienta de ingeniería que tiene la ventaja de ser el enfoque de menor costo, evitando las dificultades propias de la experimentación a escala mina como las complicaciones de obtener mediciones in-situ- siendo además de larga data y muy costosas. Sin embargo, con el fin de validar los modelos físicos, es fundamental desarrollar una metodología apropiada teniendo en cuenta los efectos de escala y las limitaciones propias derivadas de estos modelos. Este trabajo de tesis, tiene como propósito establecer una metodología para el estudio del flujo gravitacional para un caso en particular, la Mina Goldex (Agnico Eagle, Canadá). El caserón Primario Este, en Goldex, presenta un novedoso método de explotación: el mineral es perforado y tronado como en un SLS pero el nivel de producción corresponde al de una operación de hundimiento por bloques. La mayor preocupación radica en el hecho de que el Nivel de Producción es menor que la proyección vertical del cuerpo mineralizado, generando interrogantes acerca de la movilidad del material ubicado en la pared yacente del caserón. El principal objetivo de esta investigación, es por lo tanto, el estudio de los mecanismos que conducen el flujo gravitacional para el Caserón Primario Este, con el fin de apoyar el diseño ingenieril y para ser utilizado como herramienta para la estimación de reservas y para la estimación de la entrada de la dilución. Los experimentos se realizan en un modelo axisimétrico a escala 1:200. En una primera etapa se desarrolla un test de prueba de IMZ (zona de movimiento aislado) a modo de determinar la geometría de la zona de movimiento. El segundo experimento consiste en determinar la potencial falla del mineral localizado en la pared yacente, mediante una extracción de múltiples puntos. Dado que el mineral situado fuera de la proyección vertical del nivel de producción no se moviliza, es propuesto un nuevo nivel de extracción. El modelo físico se modifica con este nuevo nivel (Nivel 76) y se realizan experimentos mediante la extracción de ambos niveles de producción. Finalmente se conduce un experimento simulando la continua entrada de dilución desde el techo del caserón; el objetivo es determinar los mecanismos de entrada de dilución, así como la recuperación minera y los principales mecanismos que rigen la entrada de la dilución para un hipotético caso inestable. En una etapa final, y utilizando el conocimiento adquirido a partir de los resultados experimentales se lleva a cabo modelación numérica de los experimentos utilizando REBOPv3.1. Los modelos numéricos y los resultados físicos sólo pueden compararse cuando el mecanismo de flujo por gravedad es identificado, con el fin de calibrar adecuadamente el software. Una vez que REBOP que ha sido calibrado, hay evidencia de que las simulaciones del software presentan una buena concordancia con los resultados experimentales para los casos estables, sin embargo, para los casos inestables cuando el mecanismo que rige la entrada de la dilución es el movimiento lateral de la roca quebrada, REBOP no es capaz de reproducir los mecanismos y por lo tanto la entrada de dilución a nivel cuantitativo.

Ingeniera Civil de Minas / En la actualidad existen minas a cielo abierto que se ven enfrentadas al proceso de transición hacia un método de explotación subterráneo y el Block Cavinges el principal candidato a ocupar este lugar debido a sus altas tasas de producción y bajos costos. Por lo tanto, es necesario explorar los límites de la capacidad productiva y la aplicabilidad del método, con el fin de asegurar la continuidad operacional maximizando el valor de la extracción de los recursos remanentes. La altura de columna se relaciona de forma directa con la obtención de la máxima capacidad productiva en el largo plazo, de ahí surge la necesidad de definir los factores queincentivan y desincentivan el uso de columnas más elevadas. Los principales incentivos para utilizar alturas de columnas mayores corresponden a la reducción de: costos de preparación minera, de reparación de infraestructura y por dilución, siendo la primera la más significativa. Sin embargo, el más relevante corresponde a la máxima capacidad productiva en el largo plazo, donde manteniendo la velocidad de preparación constante la capacidad aumenta a un 100% para una altura de 1,000 metros con respecto a una de 500 metros. Los principales aspectos que limitan el uso de columnas mayores se encuentran en lageomecánica tales como: el aumento de esfuerzos durante la etapa de socavación pudiendo hasta duplicar o incluso triplicar los esfuerzos originales, desvíos durante la propagación del hundimiento yexistencia de estallidos de roca y air blast. Cabe destacar que el preacondicionamiento juega un rol importante ya que modifica las propiedades del macizo rocoso, mejorando las condiciones para la explotación. Entre algunos aspectos estratégicos limitantesse encuentra tener leyes favorables en la parte superior del cuerpo, además,tener columnas mayores aumenta el tiempo de inicio de la puesta en marcha y se posterga la obtención de beneficios. Finalmente, a pesar del gran incentivo que trae el tener capacidad productiva mayor, el desconocimiento parcial de algunos fenómenos geomecánicosjunto con la falta de la tecnología adecuada hacen que no sea del todo confiable optar por columnas sobre los 1,000 metros de altura para el desarrollo de nuevos proyectos mineros.