Universidad de Santiago de Chile

Departamento de Ingeniería en Minas

¨ PANEL CAVING ¨

INTRODUCCION

En el hundimiento de paneles, el mineral se fractura y se rompe por sí solo debido a las tensiones internas y efectos de la gravedad. Por consiguiente se requiere sólo de un mínimo de perforación y tronadura en la explotación del mineral. El yacimiento se divide en paneles largos que incluyen varios bloques, a causa de que este sistema de explotación es una variación del hundimiento por bloques (block caving).

Cada bloque tridimensional de gran área basal cuadrada y de varios miles de toneladas de mineral se cortan por la zona inferior (socavación), es decir, se excava practicando una ranura o abertura horizontal en la base inferior del bloque mediante tronadura. Así los bloques de mineral quedan sin apoyo, y las fuerzas de gravedad que actúan sobre esta masa producen fracturas sucesivas que afectan a los bloques por completo. Además, debido a las tensiones de la roca se produce la fragmentación del material, en tamaños que pueden ser manejados a través de piques de traspaso o mediante equipos cargadores.

En este trabajo sobre el método de explotación, Panel Caving, nos referiremos mucho y dando como base el sistema de hundimiento por bloques (Block Caving) que en realidad utilizan el mismo procedimiento.

Solo los diferencia la idea de que en Block Caving exploto por bloques, los cuales puedo elegir por sus leyes y cambiando de uno a otro por eso sin ningún problema, en cambio Panel Caving extrae todo el material por corridas abarcando varios bloques y sin poder trasladarse de uno a otro, simplemente avanzando junto con la Línea de Hundimiento.

Un ejemplo de extracción de mineral a través de hundimiento por paneles (Panel Caving) se utiliza hoy en día en la Mina El Teniente, División de Codelco.

CARACTERISTICAS DE LA EXPLOTACION POR HUNDIMIENTO

La explotación por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajadora esté fracturada bajo condiciones más o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante el establecer un proceso de fracturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas no soportadas, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos a posterioridad en el funcionamiento de la explotación.

Las características de la roca constituyen el facto esencial del comportamiento del mineral frente al hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineral presente una granulometría adecuada.

La fragmentación de la roca es provocada más por las fatigas de tracción que por las de compresión, de modo que la tendencia será de tener mineral mejor fragmentado en el centro el bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de evitar la mezcla del mineral útil con el material proveniente de la roca encajadora.

En general, con el método Panel Caving al igual que con el metodo Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente de recuperación depende principalmente de la forma en que se efectúa la extracción del primer tercio de la producción.

DEFINICION

En explotación de minas se denomina "caving" a toda operación destinada a provocar el hundimiento de la roca, mediante la utilización de los esfuerzos naturales que ejercen los terrenos alrededor de la zona de interés.

El método de explotación por Panel Caving se define luego, como el derrumbamiento de paneles por corte inferior, el mineral se fractura y fragmenta gracias a las tensiones internas y efecto de la gravedad. Por consiguiente se necesita un mínimo de perforación y tronadura en la extracción del mineral.

La palabra panel está referida al sistema de explotación, en que el yacimiento se divide en grandes paneles de varios miles de metros cuadrados. Cada panel se corta por la zona inferior; es decir, se excava practicando una ranura horizontal mediante tronadura.

CAMPO DE APLICACION

Básicamente, el método de explotación Panel Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos, de bajas leyes en CU,Mo, Fe.

Hoy en dia, la producción masiva de extracción de menas subterráneas, bajo condiciones favorables, es una de las más eficientes, con bajos costos de minas.

Este método se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa área y son muy potentes.

Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción y cualquiera que sean las caracteristicas de la roca encajadora, pero es preferíble que la resistencia de la roca que se explota sea menor que la de la roca encajadora.

PRINCIPIO DEL METODO

Los esfuerzos que actúan en un lugar, y a cierta profundidad de un yacimiento, tienen su origen en el peso de las rocas hasta la superficie, y en los fenómenos externos de un yacimiento, tales como: Movimientos "horizontales, debido a movimientos de placas en la corteza terrestre. Todo macizo rocoso permanece en equilibrio mientras no se cree una cavidad lo suficientemente extensa en su interior, de modo de romper el equilibrio existente, creando una redistribución de esfuerzos en su alrededor.

La estabilidad de ésta cavidad dependerá de sus dimensiones, competencia de la roca y de los esfuerzos existentes en el área. Si la resistencia de la roca, no es lo suficiente para soportar el cambio de solicitación, ésta socavará hasta llenar la cavidad con material fragmentado de distintas densidades. Una vez llena la cavidad se genera una fuerza de reacción que restablece el equilibrio.

Si se extrae el mineral fragmentado, a medida que se socava, el equilibrio no se restablece y la socavación continuará hasta la superficie.

El Panel Caving se basa en éste principio, el cual consiste en crear una cavidad de manera que la dinámica de desplome no se detenga, extrayendo el mineral por una malla de puntos ubicados en la base.

De ésta forma queda sin apoyo el mineral que está por encima (millones de toneladas) y las fuerzas de gravedad que actúan sobre ésta masa producen una fractura sucesiva que afecta al panel completo. Por último y debido a las tensiones de la roca, se produce la fragmentación del material, el cual puede extraerse por medio de piques o mediante cargadores.

El éxito en el hundimiento de un panel, independiente de las caracteristicas de hundibilidad de la roca, depende de los factores fundamentales que son:

a) La base del panel deberá fracturarse completamente. Si quedaran pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar, transmitiéndose grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de producción, las que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de las galerias del nivel de producción. Esto trae consigo un aumento importante en  los costos de extracción.

b) La altura de socavación inicial proporcionada por la tronadura, debe ser tal que no se produzcan puntos de apoyo del panel que impidan o afecten el proceso desocavación natural inmediata.

El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con un adecuado diseño de perforación y, especialmente, con un correcto carguio de los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de un pilar, se interrumpe la etapa de hundimiento, concentrando las actividades en eliminario completamente, para poder continuar con la secuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles puntos de apoyo del bloque, una vez tronada la base, es necesario determinar previamente la altura que debe alcanzar la socavación producida por la tronadura.

La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del mineral con el estéril. El contacto mineral-estéril debe mantenerse según un plano bien definido que pueda ser horizontal o inclinado.

ANTECEDENTES DEL METODO PANEL CAVING

(basandose en Block Caving)

La explotación de un área se hace siguiendo uno de los siguientes esquemas:

Dividiendo el área en paneles cuadrados o rectangulares cuya dimensión mínima se relaciona con la hundibilidad de la roca y la máxima se diseña en función de parámetros operacionales y económicos. En este tipo de diseño deberán crearse barreras o pilares entre bloques hundidos para minimizar la dilución.

Diseñando paneles que abarcan el área desde un extremo a otro. En este caso el hundimiento es un proceso continúo a lo largo del área y se dejará una barrera de contención o pilar para impedir que el estéril del panel agotado diluya el mineral de la nueva explotación una vez hundido el panel.

Manteniendo un hundimiento continuo en ambas direcciones sin dejar barreras ni pilares. Este frente de hundimiento continuo impide la formación de puntos o líneas de alta presión y, por lo tanto, se tendrá menos problemas de estabilidad. Además permite una amplia flexibilidad para variar los ritmos de producción fijados.

Una vez definido el panel para su explotación se inician los trabajos de preparación de galerías, que comprenden:

• Galería de transporte

• Galería de traspasos

• Galería de hundimiento

• Galerías de producción

• Galerías de ventilación, etc.

MALLA DE EXTRACCION

Se entiende por malla de extracción o también malla de tiraje, a la disposición geométrica de los puntos por donde se extrae el mineral en el nivel de producción de un sistema por "Panel Caving".

En la zona que se está explotando, la extracción se hace a través de muchos puntos dispuestos en una malla que cubre el área hundida.

Para el diseño de estas mallas de extracción, se han usado diferentes formas: cuadradas, rectangulares, triangulares.

La separación de los puntos de extracción depende fundamentalmente de la granulometría del mineral obtenido, de la socavación natural y de los equipos usados para la extracción.

ALTURA DE SOCAVACION

La altura de socavación se define como la distancia vertical existente entre el piso del nivel de hundimiento y la base suspendida del bloque resultante de la Tronadura.

En la práctica, la altura de socavación así definida debe superar a la altura del cono formado por el ángulo de reposo del mineral. Lo que se pretende es evitar que la roca fracturada que se acumula a partir del espacio limitado por los bordes de las chimeneas, no alcance una altura de socavación producida por la tronadura, ya que de ser así, la roca acumulada serviría de apoyo al bloque cuya base se ha socavado impidiendo o dificultando el desplome posterior.

La altura del cono formado por el ángulo de reposo depende fundamentalmente de la distancia entre los puntos de extracción, ya que, mientras más grande sea ésta, mayor será la base del cono y por ende su altura. Este factor en la práctica está limitado por el alcance de la barrenadura, ya que a medida que aumenta la altura del cono, de mayor longitud habrán de ser las perforaciones necesarias para superarla.

ALTURA OPTIMA DEL BLOCK

En depósitos de gran altura la explotación se hace en diferentes niveles a medida que se agotan los niveles superiores. La separación de dos niveles sucesivos está asociada al tonelaje que se extrae  por cada punto de extracción y en consecuencia se relacionará con la vida o utilización que tendrá la infraestructura del nivel.

Debido al alto costo que representa la preparación de un nivel de producción y de un bloque en particular, es porque la altura del bloque, es una de las decisiones más importantes de la planificación en la explotación por hundimiento y por lo cual se invierten fuertes recursos de ingeniería antes de decidir la altura óptima.

La altura de los bloques, a variado sustancialmente desde las primeras aplicaciones del método sin embargo, en las últimas aplicadas ésta a permanecido prácticamente invariable en la mayoria de las faenas mineras. Podemos decir que el gran desafio que ha impuesto el bajo precio de los metales en el último tiempo, asociado a los nuevos antecedentes entregados por la moderna ciencia de la mecanica de roca, nos ha hecho cuestionar los diseños tradicionales y considerar altemativas de alturas de bloques que hasta hace pocos años habian sido consideradas prohibitivas.

Aunque la variación de las alturas usadas es muy grande, se ha podido establecer una tendencia a aumentar la altura de las columnas mineralizadas en los altimos años.

La altura de la columna mineralizada se justifica en lo siguiente :

• Para justificar los altos costos de desarrollos primarios y secundarios.

• Para asegurar una buena socavación.

Los principales factores que tienen directa relación con la altura de los bloques son :

1. Amortización de la infraestructura.
2. Estabilidad del nivel de producción.

3. Dilución y perdida de mineral.

4. Distribución de leyes en altura.

5. Fragmentación.

6. Planificación.
7. Riesgo de no extracción.

8. Experiencia mundial.

PANEL CAVING (Extracción Mecanizada LHD)

El hundimiento o incorporación de nuevas áreas a la producción es realizado en forma continua, por puntos de extracción, a diferencia con el método convencional en donde el hundimiento es realizado en forma discreta.

Sus Principales características de diseño consideran la utilización de zanjas (15 mts de largo, 12 mts de ancho en su parte superior) en reemplazo de los buzones, en el nivel de producción existe una serie de galerías paralelas (calles) separadas 30 metros entre si cuya sección generalmente es de 3,6 x 3,6 mt, las que son interceptadas cada 15 mts. por estocadas de carguio de sección similar en un ángulo de 60 grados, que permite una mayor facilidad de movimiento al equipo LHD. con esto la malla de extracción posee dimensiones de 17,32 x 15 con un área de influencia de 260 mt cuadrados por punto de extracción.

Las dimensiones de las colpas requieren de la construcción de un nivel de reducción intermedio, entre el nivel de producción y el nivel de transporte , en donde las cámaras de picado, los martillos picadores estacionarios o semi-móviles reducen de tamaño las colpas antes de ser enviadas al nivel de transporte.

La implementación de este método esta vigente en los siguiente sectores :  Teniente 4 LHD (33.000 TPD), Regimiento (7.000 TPD), lsla Martillo (4.800 TPD) y posterior se utilizara en los proyectos Esmeralda (45.000 TPD), Diamante Norte y Diamante Sur (45.000 TPD).

Sistema Hundimiento por Paneles

METODO DE HUNDIMIENTO POR PANELES EN MINA EL TENIENTE, CODELCO CHILE

Durante las últimas dos décadas, la mina El Teniente ha tenido que enfrentar grandes desafíos en su proceso productivo, como consecuencia del cambio de las propiedades físico-mecánicas de la roca y de la profundización de la explotación de la mina.

En 1982 se inició la explotación de mineral primario (menor ley, mayor dureza y granulometría que el mineral secundario), con la mecanización de las operaciones unitarias (y por ende, con labores mineras de mayores dimensiones), aumento de la altura de los bloques, mayor área abierta y la utilización de una mayor malla de extracción. Esta situación llevó a innovar en el método de explotación Hundimiento por Bloques Convencional, al incorporar el traspaso LHD con incorporación sistemática de área hundida (frente de hundimiento dinámico), pasando a denominarse Hundimiento por Paneles.

Simultáneamente a la aplicación del Hundimiento por Paneles, se iniciaron una serie de estudios, controles y pruebas principalmente en el campo geomecánico, con el propósito de dar respuesta a un sinnúmero de interrogantes acerca de la estabilidad de las galerías emplazadas en roca primaria.

Basado en el conocimiento generado, se desarrolló una variante al método de hundimiento por paneles denominado Hundimiento Previo, la cual consiste en avanzar con el frente de hundimiento (socavación), llevando desfasado - detrás del frente de hundimiento y bajo área hundida - la preparación del nivel de producción, disminuyendo de esta manera el grado de deterioro de la infraestructura productiva. Esta variante del método de explotación ha sido implementada en uno de los mayores sectores actuales de la Mina (Esmeralda) y considerada en los futuros proyectos mineros de El Teniente.

El propósito de este trabajo es entregar los resultados en disponibilidad y utilización de área productiva y los costos de operación, como así mismo describir la estrategia desarrollada en la implementación de esta innovación a un método de explotación de alta capacidad productiva.

CONCLUSION

Bajo condiciones favorables, el hundimiento de bloques es un método de explotación muy económico.

La extensa preparación y el prolongado tiempo que se tarda antes de que la producción alcance su capacidad máxima, que se traduce en una alta inversión inicial, son los inconvenientes más notables.

Por otra parte, existen ciertos riesgos tales como el derrumbamiento y la fragmentación, que muchas veces, se encuentran fuera del control minero.

Sin embargo, a gran escala es un método que puede entregar los mejores dividendos económicos debido a su bajo costo de explotación.