Experimental characterization of the flowability of material in block/panel caving

Abstract

En minas de block/panel caving las características del flujo gravitacional del material afectan fuertemente la recuperación y productividad de un yacimiento. Debido a esto, es que las características de flujo del material hundido juegan un rol fundamental en la determinación, a nivel ingenieril, del diseño óptimo de la malla de explotación. Hasta el momento se han realizado pocos estudios sobre la fluidez del material en minería de caving, por lo que resulta trascendental estudiar esto. El objetivo de esta investigación es cuantificar la influencia de fino, humedad, distribución granulométrica, y cargas verticales en la fluidez de mezclas de materiales finos y gruesos, usando un modelo físico escalado (1:75). Este modelo permite realizar experimentos de flujo confinado; bajo estas condiciones se pueden replicar los esfuerzos presentes en minas de block/panel caving. Por medio del análisis de Janssen-Walker, es posible calcular, de forma teórica, los esfuerzos en las paredes de un bunker completamente lleno de una sección transversal cualquiera. En consecuencia, se pueden escalar los esfuerzos existentes en una mina. La fluidez del material puede ser cuantificada por medio de las colgaduras observadas en los puntos de extracción de una mina Lo mismo se aplica al modelo experimental, donde los factores que afectan son la distribución granulométrica y su relación con el tamaño de apertura de los puntos, la presencia de finos y agua, la carga vertical, el ángulo de fricción del material, e inclinación de las paredes del punto de extracción. Los experimentos realizados se clasificaron en dos tipos dependiendo de las variables estudiadas. Con respecto a los resultados obtenidos, la fluidez se caracterizó tanto de forma cuantitativa como cualitativa. La fluidez se definió de forma cuantitativa como el número de colgaduras durante la extracción de 1000 toneladas de roca. Mientras que la fluidez se definió de forma cualitativa como Flujo Libre , Flujo Intermitente , Flujo Asistido , y Sin Flujo . Dentro de las principales conclusiones se tiene que, las grandes colpas son el principal factor de colgaduras en los puntos de extracción y que la fluidez disminuye (aumento de colgaduras) al incrementar el confinamiento y el porcentaje de finos presente, y al haber presencia de humedad. En presencia de finos y humedad se tiene que el flujo disminuye considerablemente, pudiendo observarse experimentos donde el flujo de material debió ser asistido y otros donde simplemente, el flujo era inexistente. También, durante los experimentos de flujo confinado, se encontró la formación de colgaduras en altura, las cuales eran imposibles de descolgar y daban por finalizados los experimentos. Estas colgaduras varían de altura y diámetro dependiendo de la presencia de humedad y finos, siendo de menor altura, las que presentan mayor porcentaje de los factores antes mencionados. El modelo a escala fue útil para comprender los efectos del confinamiento, la humedad y la presencia de finos en la fluidez del material. Los experimentos de flujo confiado mostraron potencial para ser aplicados en diseño minero.