Secuencia de Llenado de Botaderos

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN MINAS

SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS

Asignatura: Diseño y Planeamiento Minero Profesor: Eduardo Contreras

DISEÑO Y PLANEAMIENTO MINERO SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS Nombres: Denisse Neveu José Sánchez

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................... 1 CRITERIOS GENERALES DEL DISEÑO DE UN BOTADERO ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ........................... ............. 2 Criterios técnicos .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 2 Criterios económicos ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 2

CUBICACIÓN DE BOTADEROS ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 3 MÓDULOS DE LLENADO .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 4 CRITERIOS DE SECUENCIA DE LLENADO .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ .................... ...... 5 SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................. ................ 5 COSTOS DE UNA T ONELADA DE ESTÉRIL ENVIADA A BOTADERO............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ................ 9 OPERACIÓN EN BOTADEROS. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................. .... 9 MANTENCIÓN DE UN BOTADERO .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 11 PLAN DE CIERRE DE BOTADEROS ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 12 CASO PRÁCTICO ...................... ................................. ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ....................... ................ .... 13 CONCLUSIONES .......................................................................................................................................... 14 BIBLIOGRAFÍA ..................... ................................ ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ................... ........ 15

Índice de Ilustraciones Ilustraciones Ilustración 1 Botaderos sobre fallas Ilustración 2 Botaderos sobre yacimientos Ilustración 3 Botaderos sobre napas subterráneas Ilustración 4 Distancia botaderos Ilustración 5 Optimización del llenado de botaderos Ilustración 6 Descarga hacia el talud del botadero Ilustración 7 Descarga sobre el botadero Ilustración 8 Llenado de botadero libre a partir de correas transportadoras Ilustración 9 Llenado de botadero aplicando correas transportadoras y bulldozers

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DISEÑO Y PLANEAMIENTO MINERO SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS

INTRODUCCIÓN

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SECUENCIADELLENADODEBOTADEROS Para determinas las estrategias de llenado es necesario conoce la capacidad de llenado requerida, las horas operativas de los camiones y la flota de camiones. Posteriormente se realiza una evaluación económica, para de esta forma estimar la inversión y los costos de la operación del transporte, y los posibles ahorros si se modifica la estrategia. Otro factor determinante son los tiempos de descarga, se privilegia la opción que registre el menor tiempo posible. La forma y orientación de la rampas que conectan los módulos del botadero repercuten como otro factor que determina una secuencia de llenado óptima.

Criterios generales del diseño de un botadero Criterios técnicos Capacidad requerida: Es necesario para un diseño correcto conocer el tonelaje que será enviado a botadero. Ubicación física: Es importante cerciorarse que el sitio que se elija para el botadero no esté en un lugar mineralizado que pueda afectar operaciones futuras. Procesamiento correcto de minerales: Hace referencia a tomar todas las medidas necesarias para evitar posibles problemas. Estabilidad: Determina la seguridad de un botadero, ya que así se asegura una correcta construcción y posterior abandono. Hidrogeología: se deben tomar medidas y consideraciones de prevención ante problemas debido a la falta de drenaje, pues los efectos del agua produce problemas problemas de estabilidad en el botadero, y produce procesos químicos indeseables.

Criterios económicos Considera factores operacionales como tiempos de llenado y descarga, rendimiento de los equipos, distancias recorridas, velocidad de los camiones, toneladas transportadas, entre otros para la obtención de los costos involucrados ya sea en unidades monetarias por toneladas o unidades monetarias por unidad de tiempo. Principalmente se busca minimizar los costos de operación, y construcción (llenado) del botadero. Por lo tanto, se deben buscar sectores para la depositación del mineral, en

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DISEÑO Y PLANEAMIENTO MINERO SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS donde el sector no debe presentar mineralización potencialmente económica, donde se deban realizar los mínimos trabajos de preparación del terreno, y que se encuentre lo más cercano al rajo, para reducir los costos de transporte.

Cubicación de botaderos El cálculo del volumen de los botaderos se realiza con el fin de estimar el espacio físico necesario para la adecuada disposición del material estéril, para poder definir el lugar o lugares adecuados. El espacio físico necesario está en función del tonelaje a depositar y es una variable que depende del plan minero de la operación. El proceso de cubicación de un botadero contempla 2 etapas. Primero, una cubicación preliminar en la que se determina en forma aproximada la capacidad del botadero. Esta cubicación se efectúa ya sea por plantas o bien por perfiles. En el caso de utilizar plantas se determinan las áreas basales y superiores estimadas del botadero y su volumen se calcula como la semisuma de las áreas, multiplicada por la altura del botadero. La altura del botadero se estima en base a las curvas de nivel y el cálculo de tonelaje se obtiene a partir del volumen, empleando la densidad esponjada compactada del material a depositar. En la situación de emplear perfiles transversales, éstos se trazan en la zona de interés, estableciendo las áreas comprometidas en cada uno de ellos, para luego calcular los volúmenes parciales encerrados entre perfiles sucesivos, con lo cual podemos obtener el volumen y tonelaje asociado al sector. El objetivo de esta forma de cubicación es verificar que el área disponible tenga la capacidad requerida y de esta forma llevar a cabo los cambios del diseño para ajustarlo a los requerimientos. La segunda etapa consta de una cubicación más precisa, a través de módulos preestablecidos, a partir de los cuales se determina la secuencia de llenado. En la actualidad se pueden obtener cálculos de volúmenes muy precisos mediante algún software minero, tales como MineSight, Vulcan, entre otros. Cada tonelada de material a depositar en el sector habilitado para este fin tendrá un costo asociado, de manera que es de suma importancia evaluar correctamente el botadero en un proyecto de explotación a rajo abierto. Dicho de otra forma, cada bloque de estéril dentro de la explotación, tendrá asociado un costo de extracción extra por concepto de manejo fuera de la mina, por lo que se requerirá de una planificación especial para su disposición fuera de la explotación. Para calcular el volumen necesario para depositar los materiales involucrados en la explotación, se tiene la siguiente fórmula:

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[3]= /  Donde: = Volumen necesario para depositar el material x en [ 3] = Tonelaje del material x un situ (en la mina) en [ ] = Densidad compactada final del material x en el botadero [

  

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/3]

Calculado el volumen necesario, se debe identificar los sectores donde podrán ser depositados los distintos materiales, teniendo en cuenta las consideraciones antes descritas. Para visualizar gráficamente y cubicar los futuros botaderos, se debe obtener información de los sectores elegidos, por ejemplo, la pendiente del sector, el ángulo de reposo del material, áreas y altura de los depósitos. En el caso de que se requiera cubicar el estado de algún botadero operativo, se debe realizar inicialmente un levantamiento topográfico y luego evaluar el estado actual del botadero, de tal manera que se pueda llevar un control de alimentación o del crecimiento del depósito.

Módulos de llenado Un módulo es una unidad física de cubicación, a una cota de avance predefinida y con un ángulo de talud conocido. Con el propósito de discretizar un botadero este se divide en pequeños elementos de dimensiones preestablecidas, capaz de contener una cierta cantidad de material, denominadas módulos. Los módulos pueden ser de gran utilidad tanto para la cubicación, como para establecer la secuencia de llenado del botadero. Deben estar bien distribuidos dentro del botadero, de modo que su ubicación y tamaño sea económica y operacionalmente óptima. Se pueden distinguir dos tipos de módulos. Corresponden a subdivisiones radiales que se realizan cada cierta distancia de metros (por ejemplo 50m) en la horizontal. Esta división se re realiza a partir del punto de vaciado, considerado como centro de circunferencia, radiando arcos hasta cortar con los límites de las crestas del botadero Los módulos así definidos en la superficie se proyectan hasta cortar con la base conforme al ángulo de talud considerado. La cubicación se realiza por curvas de nivel, de igual forma que en la cubicación por plantas, calculando las áreas para cada módulo y multiplicando por la diferencia de nivel entre ellas o mediante la utilización de algún software computacional. Módulos radiales:

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DISEÑO Y PLANEAMIENTO MINERO SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS El botadero se subdivide en unidades de llenados, los cuales tendrán dimensiones superficiales cuadradas o rectangulares. De este modo cada unidad tendrá dos áreas, uno para cada perfil en cuestión con lo cual su cubicación se hará de igual forma a la por perfiles, obteniendo la capacidad total al sumar todos los módulos. Cada módulo debe tener un baricentro, que permite definir la cota de destino, la distancia de transporte y su capacidad en toneladas. Esto permite determinar su costo por toneladas, que se utilizará posteriormente para la secuencia económica de llenado. El baricentro es la proyección horizontal del centro de masa o centro de gravedad de un cuerpo. El objetivo de los baricentros es tener un punto representativo de cada módulo, a fin de poder determinar distancias de transporte. Para definir módulos de llenado se necesitan, en general, los parámetros de diseño de botadero (talud, volumen, etc.), conocer los diferentes niveles de vaciado, el área disponible para vaciar (topografía), cantidad de estéril enviada a botadero según plan minero, y la secuencia de llenado. Módulos cúbicos o semi-cúbicos:

Criterios de secuencia de llenado Se debe determinar todos aquellos módulos factibles de llenar, es decir, que cuenten con su correspondiente nivel inferior ya lleno, física fí sica o naturalmente. Luego, en función de los costos de transporte se determina el módulo más económico a llenar. Dentro de los criterios específicos para la depositación del lastre, se encuentra la distancia más corta de transporte (o el tiempo de ciclo menor), que va desde la extracción en el rajo hasta el lugar físico de depositación (botadero).

Secuencia de llenado de botaderos 

Definición de las áreas de vaciado

Las áreas de vaciado deben estar a una distancia tal que no aumenten demasiado los costos de transporte y no se encuentren dentro de la envolvente de pit final ni en la ubicación de alguna instalación de importancia. Están en directa relación con el diseño general del botadero ya que deben estar ubicadas en una topografía tal que permita dimensiones que contengan los requerimientos de movimiento de material especificados por el plan minero. La distancia entre el punto de carga de los camiones en la mina y el lugar de descarga del material estéril (o botadero) debe ser la mínima posible, por una razón económica, ya que el rendimiento de los equipos de transporte es afectado por esta distancia.

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DISEÑO Y PLANEAMIENTO MINERO SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS El lugar donde se depositarán los escombros o estéril debe ser geológica y geomecánicamente apto para ello, ya que la gran cantidad de material a depositar puede generar siniestros geomecánicos en el sector mismo (hundimiento) o en sectores aledaños (distribución de esfuerzos).

Ilustración 1 Botaderos sobre fallas

El sector elegido debe carecer de importancia económica en el presente y en un futuro, es decir hay que comprobar la inexistencia de recursos utilizables en el sector (por ejemplo un yacimiento con bajo interés económico hoy, pero que puede ser interesante en el futuro, o una reserva importante de agua, etc.).

Ilustración 2 Botaderos sobre yacimientos

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Ilustración 3 Botaderos sobre napas subterráneas 

Determinación del punto de salida desde la faena

Los puntos de salida pueden ser estáticos o dinámicos dependiendo del desarrollo de la mina. Pueden existir varios puntos de salida destinados a dar acceso a distintos botaderos a diferentes cotas y ubicaciones.

Ilustración 4 Distancia botaderos

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Determinación de alternativas y requisitos de avance

Estas de determinan en función a las direcciones de avance en la topografía, las capacidades del botadero y la necesidad de respetar las dimensiones máximas del botadero. También se deben tener en cuenta la construcción de rampas y accesos. 

Diseño de módulos para cada alternativa

Definidos por un tonelaje y un perfil de transporte a partir de un punto de vaciado, generalmente en relación al punto de vaciado de un módulo anterior. El tipo de modulo a diseñar dependerá del tipo de botadero en construcción. El tonelaje comprendido por cada módulo se obtiene del plan minero de los requerimientos de movimiento de materiales para cada fase de explotación de la mina.

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Determinación de baricentro de cada módulo

Se determinan por la ponderación de la distancia con respecto a cada uno de los tonelajes depositados en cada módulo. 

Obtención del perfil de transporte entre faena y botaderos

Se determina a partir de las rutas que se necesitan recorrer entre el punto de origen del material hasta el baricentro del módulo en construcción, incluyendo diferencias de cotas. Estos perfiles cambian a medida que se desarrollan el botadero y la mina. 

Determinación de costos de transporte para cada módulo

En base al perfil de transporte se calculan los ciclos de transporte, el número de equipos necesarios y el costo total asociado en US$/t – Km para cada módulo.  )    ( Costo de transporte =  

Tiempo transporte= Tiempo viaje + tiempo carga + tiempo descarga + tiempo maniobra 

Determinación de la secuencia económica de llenado ll enado

En base al costo de transporte de cada módulo se determina una secuencia de llenado de modo que se tenga un avance homogéneo del botadero, llenando un módulo por completo antes de avanzar al siguiente. Esto permite un vaciado ordenado y el control del botadero.

Ilustración 5 Optimización del llenado de botaderos

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Mediante la utilización de herramientas CAD en Vulcan, se diseñan las rutas de transporte desde cada uno de los bancos hasta el modulo de llenado. Con el modulo HAULAGE PROFILE, se obtienen los valores de distancias de transporte y tiempos de ciclo para cada tramo. El avance de cada módulo debe ser en forma homogénea manteniendo siempre la misma distancia al punto de origen. Una vez completada la capacidad del módulo, recién se debe pasar a llenar el siguiente. Con esto se lleva un vaciado ordenado y por ende un mejor control del avance de los botaderos.

Costos de una tonelada de estéril enviada a botadero El material estéril no tiene relevancia económica desde el punto de vista del beneficio que reporta, pero si lo tiene desde el punto de vista de los costos que involucran su extracción y disposición. Cotos asociados a estéril: Costo de extracción: Correspondiente extracción: Correspondiente al costo desde la mina y la distancia que tendrá que recorrer ese material sobre el equipo de transporte, lo que podrá establecer la construcción de realces versus la extensión del botadero en una sola plataforma. Este costo es variable en función del tiempo, pues la topografía es cambiante y la distancia es mayor a medida que los módulos estarán cada vez más lejos Costos de mantención de los depósitos : los que generalmente asume el área de servicios de la mina Costo asociado a la restauración de depósitos: en el caso de imprevistos. Otros parámetros que cobran gran relevancia al momento de operar un botadero son los siguientes:

Operación en botaderos. Básicamente la descarga se realiza en las cercanías del borde del botadero, teniendo en cuenta que debe existir una distancia prudente para evitar accidentes durante y después de la operación. Para ello no basta con la operación solitaria y cuidadosa del operador del camión que descargará, sino que se requiere la operación conjunta de otros equipos de apoyo como

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DISEÑO Y PLANEAMIENTO MINERO SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS los bulldozers y/o wheeldozers, los cuales procederán a realizar su acomodamiento y a la construirán la cuneta de seguridad una vez descargado el material.

Ilustración 6 Descarga hacia el talud del botadero

Ilustración 7 Descarga sobre el botadero

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Ilustración 8 Llenado de botadero libre a partir de correas transportadoras transportadoras

Ilustración 9 Llenado de botadero aplicando correas transportadoras y bulldozers

Mantención de un botadero Esta etapa se ocupa de conseguir una adecuada compactación del material, propiciando que las partículas sueltas o fraccionadas originen la mejor estabilidad posible. La compactación se puede realizar en función de los recursos con que se disponga, pero usualmente, se recurre al uso de equipos de apoyo tales como los bulldozers, wheeldozers y en menor medida, los rodillos compactadores a pesar de prestar gran utilidad. Se debe considerar que la densidad con que llega y se deposita el material es del rango de 1,92 ton/ m 3 (considerando una densidad in situ de 2,7 ton/ m 3), una buena compactación o mantención de un botadero tendría que permitir alcanzar densidades de 2 a 2,1 ton/ m 3, es decir un incremento del 9% respecto a la densidad con que llega al depósito o un 78% del valor de la densidad in situ. Esto depende de la granulometría, el grado de esponjamiento con la cual llega el material a los botaderos y obviamente de la calidad de la mantención del depósito. Puede que la densidad en los niveles inferiores del depósito sea mayor por la presión que ejerce la pila de material dispuesto encima de este nivel, por

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DISEÑO Y PLANEAMIENTO MINERO SECUENCIA DE LLENADO DE BOTADEROS lo que se podría esperar un comportamiento decreciente de la densidad en función de la altura.

Plan de cierre de botaderos Finalmente, se debe considerar el cierre de los botaderos según el artículo N°496 el Plan de cierre de Botaderos y ripios de lixiviación. Para ello se sabe que los taludes de los botaderos son estables durante el periodo de operación, pero considerando a largo plazo la existencia de fallas locales, repercutirá a pequeñas áreas al pie de los botaderos. Es por esto que se debe señalar y delimitar el terreno en las zonas de peligro, de manera de prevenir accidentes y daños. Se debe realizar la construcción de canales perimetrales siempre y cuando los botaderos estén expuestos a escurrimientos superficiales de aguas lluvia, de manera de no impactar negativamente en la estabilidad del sector. Cuando la vida útil del botadero llega a su fin, se procede a la clausura de caminos de acceso a estas áreas. Algunas de las actividades asociadas a esta etapa son las siguientes: -

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Control y estabilización de taludes Incorporación de suelo vegetal en sectores específicos de la superficie del botadero que requieran de apoyo para garantizar el prendimiento de la vegetación. Revegetación de la superficie del botadero.

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CASOPRÁCTICO

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CONCLUSIONES Es importante determinar una secuencia de llenado de botadero con el objeto de minimizar los tiempos de ciclo de transporte (costos, neumáticos, polvo, etc.), así como también obtener la distribución de tonelajes optima para el llenado de cada piso del botadero. Se debe disponer de una herramienta para realizar el cálculo de tiempos de transporte con mayor precisión y a su vez desarrollar un plan de llenado que pueda ser administrado de manera fácil y sencilla en el corto plazo. Todo el trabajo asociado a este proceso puede ser simplificado y complementado con el uso de paquetes de software como Minesight y Vulcan para el diseño y cubicación de los botaderos y módulos de llenado, el trazado de las rutas de transporte de los materiales y la representación gráfica de todo el proceso y/o las etapas del mismo. Para la determinación de la secuencia es aconsejable utilizar herramientas como Excel y métodos de programación lineal utilizando las variables de distancia y ciclos de transporte, costos y orden de avance de los módulos.

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BIBLIOGRAFÍA https://www.ucursos.cl/usuario/88e17214fbd3bc896935dca577cbaec1/mi_blog/r/Apunt e_Mineria_Rajo_Abierto.pdf . Diseño . Diseño de Minas a cielo abierto. Universidad de Chile, Departamento de Ingeniería en minas. Recuperado 04/09/14 http://seia.sea.gob.cl/archivos/95a_ANEXO_2_cubicacion_de_botaderos_y_mina_rajo_sa litrosa_1_al_12_ _1_.pdf “Cubicación de minas rajo y botaderos” Recuperado 04/09/14 http://ingenieroenminas.com/operacion-en-botaderos/ “Operación en botaderos” . Recuperado 05/09/14 Muñoz, F. N. (2011). Secuencia económica de llenado para los depósitos de estéril Norte y NW del sector Rosario, Compañia Minera Doña Inés de Collahuasi. Santiago: Universidad de Santiago de Chile.

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