Análisis de Dilución en Minería Subterránea: Métodos de Estimación y Control

Análisis de Dilución en Minería Subterránea

1. Introducción

La dilución es un factor crítico en la minería subterránea que afecta la ley del mineral extraído y la eficiencia del proceso. Este documento analiza los diferentes métodos de estimación y control de la dilución, incluyendo métodos empíricos y modelos numéricos.

2. Métodos de Explotación Subterránea

Existen diversos métodos de explotación subterránea, que se pueden clasificar en:

• Métodos autosoportantes o de caserones abiertos: Room and Pillar, Stope and Pillar, Shrinkage Stoping, Sublevel Stoping, Vertical Crater Retreat.
• Métodos soportados o de caserones: Requieren elementos de soporte; Cut and Fill Stoping, Excavation Techniques, Backfilling Methods.
• Métodos de hundimiento: Longwall Mining, Sublevel Caving, Block / Panel Caving.

3. Dilución

3.1. Definición

La dilución ocurre cuando se extrae el mineral de mayor ley y, en el proceso, se mezcla con material de menor ley, disminuyendo la ley final. Se define como la diferencia entre la ley del bloque y la ley del material extraído. Se puede expresar como un porcentaje: (Toneladas estéril / Toneladas mineral) * 100.

3.2. Tipos de Dilución

Gráfico (3): Muestra la relación entre la profundidad media en la pared desprendida (eje X) y el porcentaje de dilución no planificada (eje Y). Las líneas representan el ancho del caserón, disminuyendo de izquierda a derecha.

• Dilución Inducida Inherente: Se debe a factores geológicos como la estructura, colgaduras, esfuerzos y geometría del caserón.
• Dilución Inducida: Se relaciona con factores operacionales como el tiempo, radio hidráulico, daño por tronadura o sobre quiebre, desviación de perforaciones y errores humanos.

En Block Caving, la dilución se puede controlar mediante el tiraje, a diferencia de los métodos de caserones.

3.3. Dilución Planificada y No Planificada

(2) Dilución Planificada: Es la diferencia entre la ley media de la Unidad Básica Minera (UBM) y la ley del caserón.

Dilución No Planificada: Se estima mediante métodos empíricos (considerando la dilución como el porcentaje necesario para el hundimiento del caserón) o se produce por sobre excavación durante la ejecución del diseño minero, cuando no se puede predecir con exactitud el comportamiento del macizo rocoso.

4. Métodos de Estimación de la Dilución

4.1. Estimación de Dilución de OHara (1980)

(4) Gráfico: Estimación de los residuos de roca de las paredes. Eje X: Ancho del caserón (pies); Eje Y: % de dilución del mineral por la pared. Se muestran curvas para diferentes métodos de explotación: Cut & Fill, Shrinkage, Sublevel Stoping (SLS), con variantes vertical y con ángulo de 65°.

4.2. Modelo de Pakalnis (1993)

(5) Pakalnis desarrolló un modelo empírico basado en datos, definiendo tres categorías de caserones debido a las diferencias en la dilución y los datos disponibles. Se utiliza el radio hidráulico (H), calculado a partir del ancho y la geometría del caserón, y el RMR (clasificación de la calidad del macizo rocoso). Los gráficos muestran familias de dilución, donde cada número representa el porcentaje de dilución. Las categorías son: Aislado, Echelon y Adyacente.

4.3. Método ELOS

(6) ELOS (Equivalent Linear Overbreak): Medición lineal equivalente de la sobre excavación (profundidad promedio). El proceso de cálculo incluye:

1. Realizar secciones a través del mapeo del caserón a lo largo de la sección.
2. En cada sección, comparar la excavación resultante con el diseño. Calcular el área de sobre quiebre sobre cada sección (ELOS). No se debe considerar la dilución no planificada durante el desarrollo de las derivas de mineral.
3. Basado en las áreas calculadas, obtener el volumen en m³ de cada superficie y asignar un espesor.

ELLOS (Equivalent Linear Mineral Loss): Pérdida de mineral lineal equivalente (espesor). Representa la conversión de las medidas de volumen real en un largo y espesor sobre la superficie completa del caserón. Se calcula de manera similar al ELOS, pero el volumen de la sobre excavación se reemplaza por el volumen de underbreak (pérdida de mineral).

CMS: Programa de láser para monitorear la sobre excavación y las cavidades existentes.

4.4. Modelo de Clark

(7) Gráfico: Muestra valores medidos de ELOS con el porcentaje de dilución en función del ancho del caserón. Eje X: Radio hidráulico (RH); Eje Y: N' o RMR'. Se calcula el ELOS para cada caso, generando familias de ELOS en función del RH y el N' o RMR', utilizando el ELOS como medida de dilución. Cada número representa el porcentaje de dilución de la mina SLS sobre el RH y el N'. Primero se observa el gráfico de RH vs N' o RMR', luego el de ELOS vs % de dilución no planificada (volumétrica). (8)

4.4.1. Limitaciones del Modelo de Clark

• No funciona bien en ambientes de altos esfuerzos o con hangingwall y footwall complejos, ya que el modelo se basa en minas canadienses con estado de esfuerzos bajo o estructuras paralelas.
• ELOS no aplica a diseños no soportados (pernos, malla, shotcrete).
• La base de datos está sesgada (no en su totalidad) a tiros de perforación con diámetros menores a 5 mm.
• La base de datos necesita más información para representar adecuadamente macizos rocosos de mala calidad.

4.5. Resistencia de Pilares (Pakalnis, 1997)

(9) Fórmula de Confinamiento:

Resistencia del pilar (MPa) = Tamaño x Forma

• Tamaño: Término de resistencia que incorpora el efecto del tamaño y la resistencia del material intacto del pilar.
• Forma: Término geométrico que incorpora el efecto de la forma del pilar.