Ingeniera Civil / En la actualidad CODELCO está desarrollando el Proyecto Mina Chuquicamata Subterránea (PMCHS) que pretende transformar la mina a tajo abierto en una operación subterránea mediante el proceso de Block Caving. Para la optimización de este proceso es trascendental conocer el comportamiento de los materiales quebrados y sus mezclas, en cuanto a sus características geotécnicas, producidos en la etapa de socavación del macizo rocoso. Se seleccionaron dos materiales procedentes del proyecto: Pórfido Este Serecítico (PES) y Pórfido Este Potásico (PEK). Se realizó una caracterización geotécnica y se definieron dos sets de ensayos en compresión triaxial drenado (CID) en probetas de 5x10 [cm] para diferentes mezclas entre ambos materiales, a presiones de 1, 3, 6 y 20 [kg/cm2]. Finalmente se realizaron granulometrías post-ensayo Se obtiene que con el aumento del confinamiento, el ángulo de fricción secante disminuye y la rotura de partículas aumenta. Se destaca la gran y drástica disminución del ángulo de fricción a altas presiones al comparar con resultados de otros autores. Esto se explica por la rotura de partículas que depende del confinamiento, la naturaleza de las partículas y, en menor medida, de la resistencia de las mismas. Por otra parte, la naturaleza no transportada hace que los materiales hereden los defectos de la roca madre, lo que implica que no haya una tendencia clara en el comportamiento al aumentar el tipo de material fuerte o débil.

Magíster en Minería / La División el Teniente a cargo de la Gerencia de Obras Mina (GOBM), pasa por un proceso de reformulación de la preparación minera, cuyo objetivo principal es aumentar la productividad y la eficiencia en la ejecución de desarrollos horizontales. Dentro del problema identificado se encuentra; los bajos tiempos productivos en postura, producto de esta deficiencia se tiene que hoy en día el tiempo productivo de trabajo por turno en postura es 4,94 hrs (Green ingeniería, 2014). Esta investigación se enmarca particularmente en la Mina Esmeralda. Para esto se analizaran los procesos de excavación horizontal (Ciclo de minado) y sus variables asociadas mediante la Filosofía LEAN, con la herramienta Mapeo de Cadena de Valor (MCV). La aplicación de esta herramienta permite representar la secuencia de actividades en un mapa de flujo, se divide en 4 etapas. La primera etapa desarrolla las adaptaciones al MCV definiendo como y que datos se recopilan en terreno y los cálculos que se realizarán. En la segunda etapa se realiza el Mapeo del Estado Actual donde se recopilan los datos en terreno del ciclo de minado en una frente y multifrentes, los resultados establecen que el tiempo del ciclo total de las excavaciones horizontales es de 22,1 hrs. En la tercera etapa se desarrolla el Mapeo del Estado Futuro donde se realiza el diagnóstico y posibles causas de las actividades identificadas como de menor rendimiento. En la cuarta etapa se realiza la implementación del Estado Futuro, donde se propone el plan de optimización de las actividades de menor rendimiento, se propone cambiar el explosivo AnFo por Emulsión bombeable. Esto significa reducir la sobre excavación hasta 18%, mayor eficiencia de avance hasta el 95% y reducir el tiempo de emisión de gases pos tronadura hasta 20 min. La aplicación del MCV en terreno fue práctica y se comprueba que eligiendo indicadores adecuados a medir, la herramienta permite elaborar un diagnóstico certero y acabado del estado de producción actual. Las mejoras propuestas y sus recomendaciones de implementación se basaron principalmente en las filosofías Lean Manufacturing , esta constituye estados de producción factibles y de gran optimización para la productividad.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 31/8/2020. / Ingeniero Civil de Minas / El fracturamiento hidráulico (FH) es utilizado para preacondicionar el macizo rocoso para facilitar la propagación del caving en métodos de explotación subterránea por hundimiento y disminuir las dimensiones de los bloques de mineral formados. Esto se logra aumentando el número de discontinuidades existentes inyectando agua a altas presiones produciendo fracturas por tracción, las que se orientan de manera perpendicular al esfuerzo principal menor. Sin embargo, las mejores condiciones se obtienen cuando estas resultan horizontales, por lo que es necesario comprender el comportamiento de los esfuerzos para desarrollar el FH de la mejor manera posible evitando que se inclinen. Una forma de lograr esto es a través del modelamiento numérico y la correlación de sus resultados con datos empíricos. El trabajo presentado en este informe utiliza el software Phase2 para identificar el efecto de distintos parámetros de la geometría (ángulo de desplome, ángulo de extracción y socavación) generada al explotar un yacimiento a través de Panel Caving con herramientas de modelamiento numérico e implementar este conocimiento para proponer una metodología que permita estimar la forma de la cavidad que se produce con este método de explotación en función de los registros de propagación media de las distintas fracturas desarrolladas por pozo de FH. Al analizar los resultados obtenidos es posible concluir que a mayores ángulos de desplome, mayores son los esfuerzos delante del frente de socavación por existir una mayor cantidad de roca soportada por este sector. Además el análisis de esta variable permite notar que la zona más cercana a la cavidad se encuentra desconfinada, por lo que se necesitan menores presiones para fracturar el macizo. En cuanto a la socavación y ángulo de extracción, el efecto que generan es similar, produciendo perfiles más cóncavos con esfuerzos menores en la parte superior del pozo y valores notablemente mayores en la sección inferior de estos porque se produce una concentración de esfuerzos delante del frente de socavación. Para el análisis del ángulo extracción se pudo notar que éste debe estar presente en el modelo al igual que la socavación, aunque el valor que se use entre los rangos estudiados no es muy relevante ya que las variaciones producidas en el comportamiento del esfuerzo principal menor son muy leves y no justifican la elaboración de nuevos modelos. La metodología propuesta entrega valores bastante satisfactorios para los dos pozos utilizados para verificarla, resultando en perfiles que se comportaban similar a los registros de presiones en especial en la parte superior de los tiros. En base a esto, se considera que es una buena herramienta para complementar otros métodos de estimación o para obtener una aproximación cuando no existan medios distintos que se puedan usar, sobre todo al considerar que se trata de representaciones muy simplificadas que no presentan grandes dificultades para generarlas y poder analizarlas posteriormente. El trabajo que se presenta abre a su vez opciones para llevar el estudio más adelante e identificar si es posible que los ajustes sean mejores. Para esto se propone incorporar elementos que por simplificación fueron dejados de lado en este trabajo e incluso desarrollar una nueva metodología utilizando modelos en tres dimensiones.

Ingeniero Civil de Minas / Uno de los métodos de explotación que permite la extracción de yacimientos minerales con cuerpos de grandes dimensiones es el método de Block Caving. En dicho método existen diferentes operaciones unitarias, que van desde que se extrae el mineral de la mina hasta que llega a su procesamiento metalúrgico. A partir de la confiabilidad y disponibilidad de los componentes del sistema de manejo de minerales, se puede evaluar la certeza del cumplimiento del plan de producción. Por ello, el objetivo principal de este trabajo es determinar la confiabilidad operacional del proceso de manejo de minerales al interior mina, a partir de un modelo de simulación integrado. Para ello se realizaron simulaciones de distintos escenarios con la variación de parámetros operacionales, obteniéndose la disponibilidad teórica del sistema y el impacto de las labores de mantención en el uso de equipos y recursos. Se tomó como referencia el sistema diseñado para Chuquicamata Subterránea, en particular, el macrobloque N5-1 ubicado en la cota 1841, para el cual se asociaron distintas interferencias operaciones y modos de falla a cada componente. El modelo consta de puntos de extracción, subcalles de producción, parrillas de reducción, piques de traspaso, tolvas de almacenamiento, alimentadores, chancadores y una correa transportadora. Para la simulación se utilizó el software Availability Workbench®, en su módulo AvSim, en el cual se consideraron 1.000 réplicas para un tiempo de 7.200 horas. Se evaluaron un total de 18 escenarios posibles, en los cuales se varió el criterio de ingreso de cuadrilla para la reparación de puntos de extracción, la implementación de mantenciones programadas e inspecciones preventivas y la cantidad de equipos y recursos disponibles para la realización de las labores de reparación y mantención. De los resultados obtenidos, se destaca que el criterio de ingreso de reparación de puntos fue el factor más determinante en la disponibilidad del sistema, mientras que la variación del stock de equipos y recursos y las mantenciones programadas no provocaron un impacto significativo en ésta. El criterio medio de ingreso fue el que entregó la disponibilidad más alta (del orden del 80%) y los componentes más influyentes fueron los puntos de extracción y la correa transportadora. Al comparar la producción planificada con la producción según el modelo de confiabilidad, se tiene resultados similares que fluctúan entre 6,8 a 7 millones de toneladas. Como conclusiones del trabajo realizado se tiene que es de suma importancia elaborar una estrategia que permita la reparación de puntos sin la necesidad de paralizar todo el funcionamiento de las calles, buscar una alternativa de transporte del mineral cuando la correa se encuentre fuera de servicio y, para evitar el deterioro anticipado de los equipos e infraestructuras, es necesario la implementación de una estrategia de mantenciones programadas que además permita optimizar los tiempos productivos y los tiempos detenidos.

Ingeniero Civil de Minas / Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 31/7/2020. / Un entendimiento más adecuado sobre el comportamiento del flujo gravitacional es un aspecto clave para el diseño, operación y éxito de los métodos por caving. Dentro de la literatura, el fenómeno del flujo de material fragmentado ha sido tema de investigación por bastantes años. Sin embargo, el entendimiento actual se ha obtenido a través de modelamiento físico y numérico, y un limitado número de pruebas a escala mina. Codelco-Chile ha ejecutado pruebas experimentales utilizando la tecnología de trazadores inteligentes. Estas pruebas se implementaron en Bloque-2 de mina Esmeralda, División El Teniente, que corresponde a un sector emplazado en roca competente y explotado por panel caving con hundimiento convencional. Mina Esmeralda también ha considerado cambiar el diseño actual, desde un espaciamiento entre puntos de extracción de 20 m a 24 m, para aumentar la estabilidad del nivel productivo. Los datos de la prueba se comenzaron a registrar desde agosto de 2012 hasta enero de 2015. Los objetivos principales de esta investigación son examinar la geometría de la zona de extracción y su evolución, junto con obtener datos que permitan entender el flujo gravitacional para mejorar aspectos del diseño minero y control de tiraje. La metodología de trabajo incluye la recopilación y análisis de datos de extracción, trazadores recuperados y granulometría. La información desde trazadores se procesa empleando una interpolación lineal de la posición inicial de los marcadores y el tonelaje acumulado de extracción en cada zanja. Aproximadamente el 53 por ciento de los marcadores ha sido recuperado de la región de prueba (159 marcadores registrados). Los resultados experimentales sugieren que el flujo gravitacional es más o menos regular dependiendo del tonelaje extraído y la diferencia de fragmentación observada en los puntos de extracción. Este hallazgo muestra que el material removido no sólo tiene un impacto significativo en el comportamiento del flujo y su crecimiento, sino que también influye en el movimiento de diferentes tamaños de partículas dentro de la columna de mineral. Además, los resultados indican que el espaciamiento actual entre puntos de extracción entrega las condiciones necesarias para la interacción entre zonas de flujo adyacentes. El valor promedio para la altura de interacción y ángulo de flujo se estimó en 26 m y 67 grados, respectivamente, permitiendo que el mineral sea extraído desde el pilar mayor y pilar menor. Finalmente, este estudio complementa el actual estado del arte relacionado al flujo gravitacional. Más aún, la prueba en Bloque-2 de mina Esmeralda valida la aplicación de la tecnología de trazadores inteligentes para proyectos futuros, y se evidencia que los resultados de esta investigación son claves para el diseño del nivel de producción y el control de la extracción para Mina El Teniente.

Ingeniera Civil de Minas / Actualmente existe un sinnúmero de yacimientos que son explotados mediante minería de cielo abierto pero cuyos costos de extracción aumentan considerablemente a medida que el pit se profundiza, dando paso a la factibilidad de cambiar de método de extracción. Debido a lo anterior, muchas empresas han comenzado a evaluar la alternativa de considerar una mina subterránea en la planificación y los planes de producción, introduciendo el concepto de transición. Este trabajo desarrolla la aplicación de una metodología de selección de envolventes que optimiza la transición desde minería de cielo abierto a subterránea, enfocándose en la etapa de planificación conceptual de un proyecto. Para el cálculo de las envolventes, se utiliza como base el algoritmo de Lerchs y Grossman, por lo que no se considera una tasa de descuento para obtener los pits finales. Para el caso de la envolvente de cielo abierto, el algoritmo es utilizado directamente sobre el modelo de bloques en estudio, mientras que para la envolvente subterránea se mantiene el concepto, pero se aplica al modelo traspuesto (en z), por lo que se obtiene un pit final invertido. La metodología considera un espaciamiento mínimo entre envolventes para garantizar la estabilidad de la explotación, llamada Pilar de Estabilidad o Crown Pillar. Esta distancia es calculada como una función lineal de las variables geomecánicas del yacimiento. Por último, la envolvente subterránea incluye la variable dilución, la cual es modelada según parámetros de mezcla de Laubscher. Como resultado de la metodología, se obtiene la combinación óptima de envolventes y la ubicación del piso óptimo de la envolvente subterránea, asegurando una distancia mínima de estabilidad. Con el fin de estudiar el efecto de la variabilidad geológica, la metodología incorpora la incertidumbre a través de modelos de bloques simulados y el posterior análisis de riesgo, donde se observa la probabilidad de cada bloque de pertenecer a cada método, y en consecuencia, la sensibilidad de las envolventes conjuntas frente a la incertidumbre geológica. La validación de la metodología muestra que para un modelo de cobre, la transición entrega un beneficio 28.5% mayor al beneficio entregado si se considera únicamente la explotación por cielo abierto, una disminución en la cantidad de estéril de un 7.23% y un aumento en la ley promedio en un 19.6% (de 0.53% para el caso del pit final a un 0.66% para la combinación). Respecto a la dilución, su no consideración lleva a una sobreestimación del 19.8% de las reservas. Finalmente, el trabajo se enfoca en el cálculo de envolventes óptimas, por lo que una de sus debilidades es la no incorporación de una secuencia de extracción y por lo tanto, un plan de producción, quedando como recomendación para trabajos futuros.

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).

Ingeniero Civil de Minas / El método de explotación de Block/Panel Caving tiene dentro de sus dificultades principales evitar o retrasar la entrada temprana de dilución, pues genera un perjuicio económico a los proyectos mineros. Es por ello que se han generado una serie de herramientas que permiten simular el comportamiento de la dilución, pero con resultados deficientes y con enfoque en el largo plazo. Por eso que el presente trabajo, tiene como objetivo generar modelos de predicción que permitan emular el comportamiento de la dilución a escala operacional, mediante evaluación de condiciones de entorno y variables operacionales. Mediante la utilización de la metodología de construcción de modelos de regresión logística para casos raros, donde la variable dependiente es la primera entrada de dilución para extracciones menores al 100% de la columna in-situ. Y las variables independientes o predictoras son tanto de entorno (alturas de columna in-situ, porcentaje de columna in-situ extraída, estado de vecinos) como operacionales (velocidad de extracción y uniformidad del tiraje). Se generan modelos para cada sector de la mina El Salvador (ICE, ICW, IN e IW) donde se puede distinguir diferencias en las variables de los modelos, dependiendo del tipo de mecanismo de entrada de dilución que gobierna al sector. Entonces para modelos de entrada lateral de dilución las variables a considerar son: estado de vecinos, uniformidad del tiraje y alturas de columnas in-situ; y para modelos de entrada vertical son: estado vecinos, uniformidad del tiraje, alturas de columnas in-situ y porcentaje de la columna in-situ extraída; también para IW que tiene entrada de dilución debido a un estallido de roca las variables son: estado vecinos, uniformidad del tiraje, velocidad de extracción y alturas de columnas in-situ. Los modelos resultan de una buena calidad, donde se obtienen precisiones sobre el 80%, salvo para IW donde la precisión alcanza sólo 76%. Además los modelos minimizan de forma eficaz los errores asociados al PED (punto de entrada de la dilución) donde se obtienen errores totales del PED (RMSE) menores al 30%, a excepción de IW donde el RMSE es de 39%. Haciendo una comparación entre los modelos de regresión logística y la herramienta de simulación FlowSim 2.0. Los modelos de regresión logística demuestran una mayor eficacia al momento de predecir la entrada de dilución al nivel puntos de extracción, teniendo mejores resultados en precisión y en minimizar los errores del PED, esto se demuestra de sobremanera en los sectores con mecanismo de dilución lateral, donde FlowSim tiene muy malos resultados. Se concluye que la metodología es válida para predecir el comportamiento de la dilución a escala operacional. Y queda como trabajo ajustar y validar estos modelos usando otras bases de datos, y realizar una guía completa que permita dar recomendaciones operacionales y evaluar estrategias de producción con el fin de retrasar la entrada de dilución.

Ingeniero Civil de Minas / 22/08/2023

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.