Rellenos hidráulicos y métodos de minería subterránea: Block Caving y Cut and Fill

Rellenos Hidráulicos: Fundamentos y Aplicaciones

Los rellenos hidráulicos son ampliamente utilizados en la minería Cut and Fill convencional o overhang. El diseño de estos rellenos se basa en la selección de una curva granulométrica de arena o material de relave que, mezclada con agua, forme una pulpa fácil de manejar a través de tuberías y ductos de vaciado.

Parámetros Clave en el Diseño de Rellenos Hidráulicos

El diseño de la curva granulométrica de la pulpa debe considerar los siguientes parámetros:

• El tamaño máximo y el volumen de material grueso que puede ser transportado a una velocidad superior a la velocidad crítica de transporte.
• El tamaño mínimo y el volumen que permitirán un drenaje adecuado.

En algunos casos, se emplean equipos de drenaje especiales para acelerar el proceso de percolación, que es la etapa crítica del proceso productivo. Es fundamental evitar la remoción de la porción fina del material debido al drenaje rápido del agua. La velocidad de transporte de la pulpa debe estar en el rango de 1.3-1.7 m/s.

Resistencia de los Rellenos Hidráulicos

El ángulo de fricción aparente depende de la angularidad de los fragmentos de arena y su compactación. El índice de huecos de los rellenos hidráulicos es del orden del 70%, lo que implica una densidad de 1.6. El ángulo de fricción de falla es de 37 grados. No se considera cohesión, ya que se trata de arena suelta. Sin embargo, en la práctica, debido a la humedad de la arena, se genera una cohesión aparente debido a la succión producida en los poros y capilares. En estas condiciones, la altura máxima de relleno que se puede mantener estable es de 3-4 m.

Efecto de la Rigidez del Relleno en el Comportamiento del Pilar

La rigidez del relleno modifica las propiedades constitutivas del pilar minero, transformándolo de plástico a frágil plástico. Un relleno rígido genera un esfuerzo lateral mayor y aumenta la resistencia post-falla.

Métodos de Minería Subterránea

Block Caving

El Block Caving es un método de minería con bajo costo, alta producción, alta dilución y baja selectividad. Su viabilidad depende de la competencia de la roca y el radio hidráulico. Consiste en hacer colapsar una base para que el material de la parte superior caiga, dirigiéndose el mineral a buzones. El área mínima para el caving es de 8500 a 15000 m³, con un rango de producción de 35-60 mil toneladas por día. El diseño se realiza a través de la zona de extracción.

Flujo Gravitacional (Laubscher)

Teoría del flujo gravitacional que compara el comportamiento de las rocas a través del movimiento.

La extracción se realiza por:

• Parrilla: Fragmentación fina o óxidos.
• LHD: Fragmentación gruesa o sulfuros.

Preacondicionamiento

El preacondicionamiento implica la modificación de las propiedades del macizo rocoso (innovación) y puede prevenir colapsos (estabilidad). El MRMR (Mining Rock Mass Rating) puede ser alterado mediante preacondicionamiento, aunque aún no es posible modificar el área crítica.

Fragmentación

La fragmentación se clasifica en:

• Primaria: Fragmentación producto del caving, la roca se quiebra antes de la extracción.
• Secundaria: Fragmentación en el punto de extracción.

Restricciones: Efecto pistón, no se puede extraer más rápido que la velocidad de quiebre.

La altura de corte es la altura del UCL (3.5 - 4 m). La velocidad de quiebre se mide con TDR (Time Domain Reflectometry).

Air Gap

El Air Gap se produce si la extracción es más rápida que la velocidad de quiebre, siendo esta la principal fuente de colapso.