1.Introducción al Diseño Minero
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Ral Castro R.
INTRODUCCINALDISEOMINERO
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DISEOMINERO
Es un proceso de ingeniera que soporta las definiciones de:
Seleccin del sistema de explotacin a utilizar
Geometra del sistema minero
Recuperacin Minera
Dilucin
Estimaciones de produccin (Ritmo extraccin mina/Equipos)
Inversiones de la mina
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DESARROLLODEUNPROYECTOMINERO
DepsitoMineral
Proyecto
Requerimientodel dueo
DISEO
MINERO
RECURSOSDISEOGEOMECANICO
RIESGOSFINANCIEROS
MEDIOAMBIENTE
MEDIO POLITICO
REVISION
PROYECTO
REHACER
PROYECTO
PARAR
AUMENTONIVEL
PROYECTO
- + ACEPTAR
RECHAZAR
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INFORMACINBASEPARAELDISEO
InformacinGeolgica/Mineralgica
Tamao del rea mineralizada
Manteo de las zonasmineralizadas
Profundidad mxima
Continuidad
Variacin en potencia
Tipos de contactosmineralizados
Distribucin mineral
Distribucin de contaminantes
Liberacin de mineral
AlteracionesPlantas y perfiles que indiquen
la cantidad y calidad de losrecursos y reservas mineras
Detalle de fallas u otrasestructuras geolgicas
Informacin estructural (fsica yqumica)
Profundidad
Calidad y estructura de la rocade caja
Estructura de la roca
mineralizada
Informacin de la propiedadminera
Propiedad del terreno
Disponibilidad de agua
Ubicacin de propiedadrespecto a infraestructura
Aspectos polticos regionales,nacionales y locales
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RESUMENDEINFORMACINBASEPARAELDISEO
Informacin Base
Geologa
Geometra
Macizo rocoso
Estructuras de debilidad Continuidad
Estabilidad:Hundibilidad/ Estabilidad
Distribucin de la ley
Costos insumos/equipos
Dilucin planeada y no planeada
Restricciones externas e internas Ritmo deseado
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Es la estrategia global que permite la excavacin y extraccin de un cuerpo mineralizadodel modo tcnico y econmico ms eficiente:
Define los principios generales segn los que se ejecutan las operaciones unitariasDefine criterios con respecto al tratamiento de las cavidades que deja la extraccin
Una primera clasificacin de los mtodos se refiere a si la explotacin se realiza siempreexpuesta a la superficie o si se desarrolla a travs de labores subterrneas.
Mtodos de explotacin a cielo abierto
Mtodos de explotacin subterrnea
MTODODEEXPLOTACIN
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Cielo abierto, rajo abierto o tajo abierto (Open Pit). Es el mtodo que ms se ve enChile, particularmente en la explotacin de yacimientos de metales bsicos y preciosos.
Cantera (Quarry). Este nombre se da a la explotacin de mineral que puede utilizarsedirectamente en aplicaciones industriales, como es el caso de la slice, caliza y piedra de
construccin.
Lavaderos o placeres. Corresponde a la explotacin de depsitos de arena en antiguoslechos de ros o playas, con el fin de recuperar oro, piedras preciosas u otros elementosqumicos valiosos.
Otros:
Disolucin, corresponde a la extraccin de azufre o sales solubles mediante laincorporacin de un solvente y posterior extraccin del soluto de la solucin recuperada. Minera costa afuera, para la extraccin de ndulos de manganeso presentes en elfondo del ocano.
EXPLOTACINDESUPERFICIE
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Mtodos autosoportantes o de caserones abiertos: Dejan la cavidad que el mineralocupaba vaca casern estable en forma natural o escasos elementos de refuerzo.
Room and PillarStope and PillarShrinkage StopingSublevel StopingVertical Crater Retreat
Mtodos soportados o de caserones que requieren elementos de soporte paramantenerse estables y/o que se rellenan con algn material exgeno.
Cut and Fill StopingExcavation TechniquesBackfilling Methods
EXPLOTACINSUBTERRNEA
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Mtodos de hundimiento: las cavidades generadas por el mineral extrado son rellenascon el material superpuesto (mineral, mientras dura la explotacin, y estril, una vezfinalizada). El hundimiento y consecuente relleno de las cavidades se producesimultneamente a la extraccin del mineral.
Longwall MiningSublevel CavingBlock / Panel Caving
EXPLOTACINSUBTERRNEA
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EXPLOTACINSUBTERRNEA
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CRITERIOSDESELECCINDELMTODODEEXPLOTACIN
Caractersticas Espaciales: tamao, forma, disposicin, profundidad
Rajo vs SubterrneaAfectan tasa de produccin, mtodo de manejo de material, diseo
de la mina en el depsito.
Condiciones Geolgicas e Hidrolgicas: drenaje, mineraloga y petrografa, composicinqumica, estructuras, planos de debilidad, uniformidad, aguas subterrneas e hidrologa
Tanto de mineral como de roca de caja (o husped)
Afecta la decisin de usar mtodos selectivos o no selectivos
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Consideraciones Geotcnicas: propiedades elsticas, comportamiento plstico oviscoelstico, estado de los esfuerzo, consolidacin, compactacin, competencia, otraspropiedades fsicas
Seleccin del mtodo (soporte necesario)Hundibilidad
Consideraciones Econmicas: reservas, tasa de produccin, vida de la mina,productividad, costo de mina de mtodos posibles de aplicar
Determinan el xito del proyectoAfectan inversin, flujos de caja, periodo de retorno, beneficio
CRITERIOSDESELECCINDELMTODODEEXPLOTACIN
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CRITERIOSDESELECCINDELMTODODEEXPLOTACIN
Factores Tecnolgicos: porcentaje de recuperacin, dilucin, flexibilidad a cambiosen la interpretacin o condiciones, selectividad, concentracin o dispersin defrentes de trabajo, capital, mano de obra, mecanizacin
Se busca la mejor combinacin entre las condiciones naturales y el mtodo
Factores Medioambientales: control de excavaciones para mantener integridad delas mismas, subsidencia y efectos en superficie, control atmosfrico, fuerza laboral
No slo fsico, sino que tambin econmico-poltico-social
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Tonelaje Mineral Tonelaje Total
Superficie Subterrnea Superficie Subterrnea
Metalico 95.30% 4.70% 97.90% 2.10%
No metlico 95.80% 4.30% 96.30% 3.70%
Carbn 61.40% 38.60% 95.90% 4.10%
Total 88.60% 11.30% 96.40% 3.60%
OPENPITV/SSUBTERRNEA
Proporciones de mineral , tonelaje de carbn y tonelaje total procedente de laexplotacin a cielo abierto y subterrnea
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MINERAACIELOABIERTO
Generalmente aplicado a yacimientos superficialesRitmo de produccin >20,000 tpd mineral.
Moderadamente selectivo ya que posee la facilidad devaciar el estril en botaderos
Algunos desafos del diseo
Estabilidad de las paredes del rajoUbicacin de las rampas de acceso yproduccinDiseo de las flotas de equipos
Manejo de la razn estril/mineral y suevolucin en el tiempoMezcla de minerales provenientes dedistintas fasesRiesgos geotcnicosRiesgos de manejo de materialesCuando comenzar la transicin a subterrnea
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Toneladas/d
a
0
50000
100000
150000
200000
250000
1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040
Ao
Chuquicamata
Escondida
Collahuasi
Bingham Canyon
Andina
Palabora
Grasberg
Bougainville
MorenciMount Tom Price
Batu HijauEmergenceofmodernmining
geom
echanics.Foundingof
ISRM
ImperialCollegeslope
stabilityproject
Erie
Reserve
RITMODEPRODUCCINENMINERAACIELOABIERTO
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0
200
400
600
800
1000
1200
1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040
Ao
Profundidad(m)
Chuquicamata
Palabora
Escondida
Collahuasi
Grasberg
Bingham
Questa
KoffiefonteinPremier
Stobie
Emergenceofmodernmining
geomechanics.Foundingof
ISRM
ImperialCollegeslope
stabilityproject
Kidd CreekAtalaya
KirunaMount Isa
Pyhasalmi
Craigmont
PROFUNDIDADESDELOSPITS
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ANGULO CARA DEBANCO b
ANGULOINTERRAMPA
r
ALTURA DE BANCOhb
ANGULOINTERRAMPA
r
ALTURAINTERRAMPA hr
ANGULO GLOBAL(OVERALL ANGLE)
o
ALTURAGLOBAL
(OVERALL)
ho
ANCHO DE RAMPA
br
ANCHO DE BERMA
b
PARMETROSGEOMTRICOSDEUNTALUD
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Parmetro Rango Valor tpico
RMRL 20-40 30
Factor de seguridad 1.0 1.3 1.3
Altura de banco simple 10 20 m 15 m
Altura de banco doble 25- 35 m 30 m
Altura inter-rampa 50-250 m 140 m
Altura global 100 -900 350 m
Angulo de banco 55-90 73
Angulo inter-rampa 25-60 50Angulo de talud* 25-60 45
Ancho de berma 8-15 m 11 m
Ancho de rampa 26-40 m 33 m
*Angulo de talud < ngulo inter-rampa (20-25 menor) < ngulo talud (5
menor)
PARMETROSTPICOSDEDISEOENMINERAACIELOABIERTO
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PARMETROSTPICOSDEDISEOENCIELOABIERTO
Mineral Altura[m] Ancho [m] Talud
Cobre 12 a 18 24 a 38 50 a 60
Hierro 9 a 14 18 a 30 60 a 70
No Metlicos 12 a 30 18 a 45 50 a 60
Carbn (Oeste de EE.UU) 15 a 23 15 a 30 60 a 70
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ANGULOGLOBALEINTER-RAMPAVSALTURADETALUD
VARIACIONES EN EXPLOTACIN A CIELO
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VARIACIONESENEXPLOTACINACIELOABIERTO
A) Cuerpos mineralizados tabulares enterreno plano, por ejemplo para hierro
B) Depsitos masivos en terreno plano,por ejemplo hierro
C) Filn inclinado, por ejemplo depsitos
de cobreD) Cuerpos masivos, con relieve alto.E) Mantos de potencia considerable, con
poca sobrecarga , como por ejemplodepsitos de carbn.
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EXPLOTACINACIELOABIERTOBINGHAMCANYONMINE
LAYOUTDELAMINA, CONCENTRADORA, FUNDICINYREFINERA
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EXPLOTACINCOMOCANTERADIAGRAMADEOPERACIONESENUNACANTERADEMRMOL
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EXPLOTACINACIELOABIERTOENELMUNDO
Australia
Super Pit gold mine near Kalgoorlie, Western Australia.Cadia mine gold and copper mine located near Orange, New South Wales.Boddington Gold Mine Boddington, Western Australia.Telfer Mine Gold and copper mine in Pilbara, Western AustraliaRanger Mine Uranium mine east of Darwin in the Northern Territory
BulgariaMaritsa Iztok Mines coal mine near Radnevo, Stara Zagora Province, Bulgaria.
Canad
Adams Mine controversial abandoned mine in Kirkland Lake, Ontario.Colomac Mine gold mine in Northwest Territories, Canada.Diavik Diamond Mine diamond mine in Northwest Territories, Canada.
Ekati Diamond Mine diamond mine in Northwest Territories, Canada.Pine Point Mine lead and zinc mine in Northwest Territories, Canada.
Chile
Chuquicamata copper mine.Escondida copper mine.Pascua Lama gold and silver mine in Atacama, Chile (in project).Radomiro Tomic copper mine.
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Indonesia Batu Hijau mine copper and gold mine on the island of Sumbawa. Grasberg mine located in the mountains of the Papua province. Kyrgyzstan Kumtor Gold Mine gold mine in Tian Shan Mountains at 4,000-4,400 m (14,000 ft) above sea
level.
Mongolia Boroo Gold Mine gold mine 110 km (70 mi) WNW of the capital Ulan Bator.
Namibia
Rossing uranium mine. Open Cast Mine, Uncovered Coal Seam, Kai Point Coal Mine, New Zealand
Per Yanacocha gold mine. Toquepala Porphyry copper. Portugal Sao Domingos Mine copper mine. Rumania Motru Coal Mine coal mine.
Rovinari Coal Mine coal mine.
EXPLOTACINACIELOABIERTOENELMUNDO
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EXPLOTACINACIELOABIERTOENELMUNDO
South Africa
The Big Hole, former diamond mine in Kimberley, morethan 1,000 m (3,300 ft) deep; now a museum.The Jagersfontein Mine.
United StatesBerkeley Pit - former copper mine in Butte, Montana;now a toxic lake and tourist attraction.El Chino Mine copper mine in Grant County, NewMexico.Hull-Rust-Mahoning Mine largest open pit iron minein the world near Hibbing, MinnesotaBingham Canyon Mine copper mine in Salt LakeCounty, Utah.Lavender Pit copper mine in Cochise County, Arizona.
Lavender Pit copper mine inCochise County, Arizona.
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Guidelines for Open Pit Slope Design, Read J, Stacey, P, 2009, CRC Press
Open Pit Mine Planning and Design (2nd edition), Hustrulid, W, Kuchta,2006, Balkema.
Rock Slope Engineering, E Hoek, J.W. Bray, 1981, University PressCambridge.
SME Mining Engineering Handbook, Hartman, 1992.
SME Surface Mining, Kennedy , 1990.
Introduction Mining Engineering, Hartman.
BIBLIOGRAFA