Principios de Minería por Hundimiento: Block Caving, Flujo y Optimización de Extracción

Block Caving: Fundamentos y Consideraciones

El Block Caving es un método de minería subterránea masiva. Su eficiencia se relaciona con el radio hidráulico (A/Per) y el MRMR (Mining Rock Mass Rating). A mayor radio hidráulico (Rh), generalmente se requiere una mayor inversión inicial.

En cuanto a sistemas de manejo de material, se comparan:

• Parrillas: Sistema semimanual, rápido y productivo.
• LHD (Load Haul Dump): Sistema mecanizado, preferido cuando la fragmentación es gruesa.

Panel Caving

El Panel Caving es una variante donde se continúa el hundimiento, pero en paneles, para extraer los bordes del hundimiento principal.

Proceso de Hundimiento

Implica dos etapas principales de fragmentación:

1. Fragmentación primaria: Ocurre a medida que el macizo rocoso se hunde.
2. Fragmentación secundaria: Se produce cuando el material llega al punto de extracción.

Air Gap (Vacío de Aire)

El Air Gap es un espacio de aire generado por la tronadura, que se forma entre el material ya fragmentado y desplomado, y el material fragmentado que aún no se desploma. Su formación es perjudicial, ya que puede afectar la estabilidad y el flujo del material. Para evitarlo, se debe extraer el material a una velocidad inferior a la velocidad de quiebre del macizo rocoso.

Flujo Gravitacional en Caving

En los métodos de caving, el flujo gravitacional es fundamental y se trabaja principalmente con la zona de extracción.

La D* (distancia crítica) es un concepto clave, definido en función de la altura de interacción (HIZ) sobre dos puntos de extracción. Esta HIZ es la columna de mineral que interactúa entre dichos puntos.

• Si la distancia entre puntos de extracción (D) es mayor que la distancia crítica (d.crítico): El mineral ubicado entre los dos puntos de extracción, por debajo de la HIZ, no fluirá hacia ellos. Esto puede generar una sobrecarga de esfuerzos en la zona de movimiento.
• Si la distancia entre puntos de extracción (D) es menor que la distancia crítica (d.crítico): Todo el material superior a la altura de interacción (HIZ) fluirá y será extraído.

El PCR (Production Completion Rate o Límite de Extracción Económico) define el límite hasta el cual es rentable continuar la extracción desde un punto.

Velocidad y Régimen de Extracción

El control de la velocidad de extracción es crucial en los métodos de caving:

• Fase inicial: El tramo descendente en un gráfico de producción representa la velocidad con la cual se extrae el mineral de la batea (la velocidad inicial no es el factor más crítico). El punto más bajo de esta fase indica que se logra extraer el material de la batea por completo.
• Propagación del quiebre: Posteriormente, la velocidad asciende progresivamente hasta que el quiebre de la columna de extracción se propaga por todo el caving. Durante esta fase, es fundamental que la velocidad de extracción < velocidad de propagación del quiebre.
• Velocidad de régimen: Finalmente, se alcanza la velocidad de régimen de extracción. En este punto, la propagación del quiebre ya se ha logrado en toda la columna, permitiendo extraer a velocidades sostenidas y planificadas.

Estrategias de Extracción

Existen diversas estrategias para gestionar la extracción en operaciones de caving:

AUTO

Se extrae todo el mineral planificado comenzando por los puntos de extracción más antiguos, llevándolos a su máxima capacidad hasta alcanzar su PCR. Algunos puntos relativamente más nuevos pueden quedar temporalmente sin extraer o con baja tasa.

EVEN

Se prioriza la extracción de la mayor cantidad de mineral desde los puntos más nuevos, incluso si esto implica no respetar estrictamente la velocidad de quiebre. Esta estrategia se aplica frecuentemente hacia el final de la vida útil de la mina, cuando las consecuencias de un posible descontrol del hundimiento son menores. Aun así, todos los puntos de extracción aportan mineral.

COMBO

Se busca extraer la mayor cantidad posible desde los puntos más nuevos, pero siempre respetando la velocidad de quiebre. Esta es la principal diferencia con la estrategia EVEN. Se persigue la extracción desde todos los puntos, aunque en menor medida desde los puntos más antiguos en comparación con los más nuevos.

SMOOTH

Se extrae la mayor cantidad de mineral desde los puntos más antiguos, similar a la estrategia AUTO. Sin embargo, a diferencia de AUTO, este método busca incorporar activamente los puntos nuevos, generando un "suavizamiento" en la curva de planificación de la producción. El objetivo es lograr la extracción desde todos los puntos, buscando una transición más gradual (suavizamiento de la estrategia AUTO).

Diseño de Malla de Extracción

El diseño óptimo de la malla de extracción depende de varios factores geotécnicos y operativos:

• Frecuencia de fracturas por metro en el macizo rocoso.
• Ancho del punto de extracción (drawpoint).
• Características de la fragmentación esperada del mineral.

Determinación de la Altura de Interacción (HIZ)

Para determinar la altura de interacción (HIZ), un parámetro crucial para el diseño de la malla:

• Se utiliza el valor más conservador del RMR (Rock Mass Rating) del macizo rocoso.
• Este valor de RMR, junto con el rango de espaciamiento entre puntos de extracción, se utiliza para interceptar una curva de diseño específica (obtenida empírica o teóricamente).
• Al proyectar hacia abajo desde esta intersección en la curva, se obtiene la altura de interacción. Se busca que esta altura sea la menor posible para maximizar la recuperación y minimizar la dilución.

Draw Control Factor (Factor de Control de Extracción)

El Factor de Control de Extracción (o tiraje uniforme) se refiere al porcentaje del tiempo total de extracción durante el cual la extracción se realizó de manera uniforme y controlada desde los puntos designados. Un alto factor de control es deseable para minimizar la dilución y asegurar un flujo estable del material.

Relación Dilución / Draw Control Factor

Esta relación indica el porcentaje de material estéril (dilución) que ingresa al flujo de mineral extraído, a menudo como consecuencia de un control de extracción deficiente o no uniforme.

Cono Flotante

El método del Cono Flotante es una técnica utilizada para determinar los límites económicos de un rajo abierto (pit final).

La técnica operativa consiste en evaluar bloques de mineral (o conos de material): si el beneficio neto de extraer un cono es mayor o igual que un beneficio mínimo deseado, dicho cono se considera económico y se extrae; de lo contrario, se deja en su lugar.

Objeciones al Método del Cono Flotante:

1. Pérdida de combinaciones óptimas: Se pueden perder combinaciones de bloques con ley marginal que, en conjunto, serían rentables, ya que cada bloque (o cono) se verifica individualmente.
2. Tamaño del pit: El pit final generado por este método tiende a ser más grande que el pit verdaderamente óptimo desde una perspectiva global.

Algoritmo de Lerchs-Grossmann (L-G)

El algoritmo de Lerchs-Grossmann (L-G) es un método riguroso que permite diseñar, en una sección vertical 2D, la geometría del pit que maximiza la utilidad neta total de la explotación.

Este algoritmo diseña el rajo óptimo trabajando sobre secciones verticales del modelo de bloques. Los resultados de estas secciones pueden luego ser transferidos a planos de planta del rajo, donde son suavizados y revisados manualmente para asegurar la operatividad minera.

Es importante notar que, aunque el pit diseñado sea óptimo en cada una de las secciones verticales individuales, es probable que el pit final tridimensional, resultante del proceso de suavizamiento y unión de estas secciones, no sea estrictamente el óptimo global.