Modelamiento físico de columnas de extracción altas en minería de Block Caving

Abstract

The caving mining methods are constantly evolving due to the deepening of deposits and changes in the geomechanical characteristics of rock mass. In this methods, high extraction columns are one of the new trends due to important benefits such as the reduction of mine preparation costs. On the other hand, it proposes great challenges such as high stresses, high presence and generation of fine material, risk of dilution and modifications in conventional mining designs, reasons why it is necessary to know how the flow of granular material will behave in high extraction columns. To analyze the impacts on the extraction and design associated to high extraction columns, in this study, an experimental plan was carried out to analyze various gravity flow parameters. The experiments were conducted on a large-scale pseudo 2D physical model. The experimental plan considered isolated extraction and multiple drawpoint extraction experiments in high extraction column (>600 m) with particle size distribution composed of coarse and fine ore, also, with the presence of both representing rock with primary and secondary fragmentation. Additionally, two bases with different production level designs were used, where one of them presented spacings higher than the industry average. The results showed that the diameter of isolated extraction zone (IEZ) in a fine particle size distribution is on average 20% smaller than that obtained in the coarsefine extraction column. Also, the diameter of IEZ and IMZ growth rate decreased after reaching the fine rock, but this not decrease once the interface was reached. On the other hand, the results of multiple drawpoint extraction showed that the drawbell and apex geometry has influence on the formation of remaining material above crown pillars due to for the Teniente layout 32m x 20 m with an apex of 2.5 cm (5 meters), a high interaction zone (HIZ) of 7.5 cm (15 meters) was obtained, as opposed to the square layout 42m x 24 m with apex of 0 meters, where, despite the wider spacing, the HIZ was 0 m because remaining material above the crown pillar was not observed. In conclusion, the diameter of IEZ is defined by the primary fragmentation, due to the particle size distribution has a low influence on the extraction zones geometry. On the other hand, it was shown that larger spacings do not produce a significant reduction in reserve recovery because the UCL and drawbell design (apex width) have greater influence in HIZ.

Los métodos de explotación mediante hundimiento están en constante evolución debido a la profundización de los yacimientos y cambio en las características geomecánicas de los macizos rocosos. En este método, se han planificado columnas de extracción altas (iguales o mayores a 600 metros) en la búsqueda de reducir los costos de preparación minera. Por otra parte, propone desafíos como altos esfuerzos, alta presencia y generación de material fino, riesgo de dilución y modificaciones en los diseños mineros convencionales, razones por las cuales es necesario conocer cómo se comportará el flujo del material granular en columnas altas. Para analizar los impactos en la extracción y diseño asociado a columnas altas, en este estudio, se llevó a cabo un plan experimental para responder a las siguientes preguntas: a) ¿se pueden definir los espaciamientos de las mallas de producción en base a la fragmentación gruesa?; b) ¿Cuáles son los parámetros de diseño que determinan la recuperación minera?. Los experimentos se realizaron en un modelo físico a escala pseudo 3D de grandes dimensiones. El plan experimental consideró experimentos de flujo aislado y de extracción múltiple en una columna de extracción alta (>600 m) con curvas granulométricas compuestas de mineral grueso, fino y con una mezcla de ambos tamaños representando fragmentación primaria y secundaria. Adicionalmente, se utilizaron dos bases con diferentes diseños del nivel de producción, donde una de ella presentaba espaciamientos superiores al promedio actual de la industria. Los resultados de flujo aislado mostraron que el diámetro de la zona de extracción aislada (IEZ) en la columna compuesta de granulometría gruesa (fragmentación primaria) y fina (fragmentación secundaria) es un 20% mayor que en una columna solo compuesta de granulometría fina. Por otra parte, el diámetro de las zonas de flujo (IEZ e IMZ) en la columna de extracción grueso – fino no presentó una disminución cuando dichas zonas alcanzaron en altura el material fino. En cuanto a los resultados experimentales de extracción uniforme, mostraron que la geometría de las bateas y el ápex tiene una influencia significativa en la formación de material remanente en pilares, debido a que, para la malla tipo Teniente, con un diseño de 32m x 20 m y con un ápex de 2,5 cm (5 metros), se obtuvieron alturas de interacción promedio de 7.5 cm (15 metros), mientras que, en la malla Cuadrada con un diseño de 42m x 24 m y un ápex de 0 metros, no se apreció formación de material remanente a pesar de los amplios espaciamientos utilizados. En conclusión, se mostró que las zonas de flujo son definidas por la fragmentación gruesa, debido a que la granulometría tiene una baja influencia en la geometría de las zonas de extracción. Por otra parte, se mostró que mayores espaciamientos no producen una reducción significativa en la recuperación de reservas debido a que la altura de interacción tiene relación con el diseño de UCL (ancho del ápex) y el diseño de las bateas.