Determinación y caracterización de las zonas de extracción en un flujo gravitacional de material granular fino en presencia de humedad

Abstract

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).