UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE MINAS MÉTODO DE EXPLOTACIÓN BENCH & FILL Y SU APLICACIÓN EN MINERA MICHILLA MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL DE MINAS MIGUEL ANTONIO JORQUERA VILLAROEL PROFESOR GUÍA: HANS GÖPFERT HIELBIG MIEMBROS DE LA COMISIÓN WINSTON ROCHER ANDA JAIME CHACÓN FERNANDEZ SANTIAGO DE CHILE 2015 RESUMEN Debido a los altos costos experimentados por Minera Michilla durante la explotación de la mina Estefanía por el método de cut & fill post room and pillar, dicha empresa se ve en la necesidad de buscar métodos alternativos técnicamente factibles a la realidad del yacimiento. Es así como se plantea la aplicación del método bench & fill en los sectores más profundos de la mina (D4 y ABW inferior). El método de Bench & Fill en estudio consiste en una variación del tradicional Cut & Fill, en donde la explotación de se hace por medio de banqueo y relleno. La secuencia de explotación sigue dos direcciones: siempre se realiza en retroceso dentro de un mismo nivel, y se efectúa de manera descendente dentro de un mismo sector. El diseño a ejecutar en el sector D4 de la mina subterránea se encuentra compuesto por 3 bloques, abarcando profundidades desde la cota 51.5 hasta la cota -31.5. El método considera dos tipos de cámaras, primaria y secundaria. Ambas cámaras poseen una altura de 15m, siendo el ancho de estas 7m y 9m respectivamente. Además se considera la presencia de pilares de 6m entre dos cámaras continuas y una losa de 8m de altura entre dos niveles para asegurar la estabilidad de las labores. Las galerías del sector poseen una sección de 7x5m. Tomando en cuenta los parámetros de diseño anteriormente planteados, se procede a generar un modelo computacional que permita estimar los costos directos asociados al método de explotación. Los costos se dividen dentro de ocho clases: costos de tronadura, perforación, fortificación, carguío, transporte, relleno, administración y servicios. Para determinar los costos asociados a cada una de las áreas mencionadas, se procede de la siguiente manera:  Determinar los principales insumos necesarios en los distintos trabajos.  Haciendo uso de la metodología Asarco para obtener los índices operacionales de los equipos, y tomando en cuenta los índices de costos operacionales de los equipos se obtiene el costo operacional de las distintas aéreas.  Considerando el tiempo de trabajo necesario para cumplir las labores se estima el costo de mano de obra asociado.  Sumando los tres costos mencionados, y tomando en cuenta los metros de preparación necesarios para extraer el sector en estudio se obtiene el costo mina del método. De acuerdo a la metodología plantead, se estima el costo mina para el bench & fill sin tomar en cuenta los costos distribuibles de otros departamentos. Es así como se obtiene un costo mina de 34,3 US$/ton asociados al método. Al tomar en cuenta el plan minero proporcionado, se obtiene un costo total de desarrollo para el sector de 18,46 [MUS$], siendo comparable de manera favorable con el cut & fill post room and pillar (46,5 [US$/ton] y 31,2 [MUS$] respectivamente). Es así como se concluye que el método de Bench & Fill resulta ser atractivo de acuerdo a los objetivos planteados, proporcionando menores costos que el actual Cut & Fill y a su vez mejorando la seguridad del personal presente en la mina. i ABSTRACT Taking into account the high mine costs necessary to exploit Estefania mine, Minera Michilla is being forced to look into alternative methods to apply in the underground mine. One of the available mining methods is bench & fill, which has the adequate characteristics to be applied on the deepest zones of the mine (D4 and low ABW). The bench & fill method is a modification of the traditional cut & fill, where the material is extracted by benching and afterwards the cavity is filled with waste rock in order to improve the stability. The exploitation is done from the front to the back, and from top to bottom. The present design in sector D4 consists of three blocks, starting from the level 51.5 and finishing in the level -31.5. The method takes into account two different kinds of stopes with a height of 15m. The primary stope has a width of 7m and the secondary stope has a width of 9m. In between two stopes on the same block there will be a 6m wide pillar, and in between two blocks there will be a 8m high crown pillar. The tunnels to be constructed on this sector of the mine will have a section of 7x5m. Taking into account the previous parameters, a computer model will be generated. Said model will estimate the direct costs of the method. The mine cost will be divided in the following areas: drilling, blasting, fortification, hauling, transportation, filling, administration and services. The following method will be used to calculate the costs:  Determine the main materials needed.  Calculate de operational cycle and index using the Asarco method. Afterwards obtain the operational cost of the equipment.  Taking into account the time needed to accomplish each cast and the number of workers, Calculate the cost of labor.  Adding all the costs mentioned, using the ore reserves and taking into account the required preparation to extract the ore body, calculate the mine cost. Following the previous method, the estimated cost for bench & filled resulted in 34,3 US$/ton and a total cost of 18,46 MUS$ to exploit the D4 sector. Comparing the results to the ones obtained through cut & fill post room and pillar (46,5 US$/ton and 31,2 MUS$), one can conclude that bench & fill is a better economic alternative at Estefania mine. ii AGRADECIMIENTOS Deseo darle las gracias a mi familia la cual me ha soportado y apoyado durante todos estos años de estudio, mis padres Ramón y Patria, a mis hermanos Mario y Patricia, como también a mi sobrina Javiera que tantas rabias y alegrías me ha hecho pasar. Muchas gracias a todos ellos por todo el apoyo brindado y la comprensión que me han proporcionado durante este tiempo. También me gustaría agradecer a los profesores Hans Göpfer, Winston Rocher y Jaime Chacón, los cuales me prestaron ayuda y guiaron durante la realización de este proyecto. Sus recomendaciones y aclaraciones en aspectos técnicos fueron muy importantes para lograr mi cometido. Agradezco a Patricio Troncoso por la oportunidad de trabajar en Minera Michilla durante la realización de este informe. Además muchas gracias a Antonio Pereira, Andres Ocaranza, Cristian Corro, Leslie, Cristian Lopez, Gustavo Valdivia, Jimmy, Eduardo y muchos otros que me prestaron ayuda en faena durante la realización de mi memoria. Gracias a mis amigos, amigos del colegio, amigos de la U, amigos de salsa y de muchas otras partes que llegaron a formar parte de mi vida. Gracias a la Fefa, Barrientos, Miranda, Corssen, Pipe, Manuel, Pimentel, Charlotte..... también muchas gracias a Cris, Duque, Pancho, Feto, JC, Jeldres, Felipe, Doli, y tantos otros que se me quedan en el tintero. A mis amigos que me despertaban en clases, que me prestaban apuntes, que venían a los asados, que acompañaron en las salidas a calle Suecia, Bellavista, y tantos otros lugares. A todas las personas que me subían el ánimo cuando estaba cansado. Gracias a todos ellos y a muchos más, ahora a comenzar una nueva etapa. iii TABLA DE CONTENIDO 1 Introducción 1 1.1 Objetivos 2 1.1.1 Objetivo general 2 1.1.2 Objetivos específicos 2 1.2 Alcances 2 2 Antecedentes 4 2.1 Geomecánica 4 2.1.1 Clasificación del macizo rocoso 4 2.2 Método de explotación sub level stoping 7 2.2.1 Diseño de Caserones 8 2.2.2 Geometría y dimensiones del caserón 9 2.2.3 Definición de dimensiones del caserón 9 2.2.4 Labores de preparación para Sublevel Stoping 12 2.3 Método cut & fill post room & pillar 16 2.3.1 Diseño de bloques 17 2.3.2 Labores de preparación 18 2.3.3 Malla de pilares 18 2.3.4 Desarrollos de producción 19 2.3.5 Secuencia de explotación 19 2.3.6 Relleno 21 2.3.7 Perforación y tronadura de producción CFPRP 21 2.3.8 Fortificación Cut &Fill Post Room and Pillar 23 2.4 Método bench & fill 24 2.4.1 Diseño de bloques 24 2.4.2 Labores de preparación bench and fill 25 2.4.3 Secuencia de explotación 27 2.4.4 Perforación y tronadura 27 2.5 Relleno 28 2.5.1 Relleno seco 28 2.5.2 Relleno hidráulico 29 2.5.3 Relleno hidráulico cementado 29 2.5.4 Relleno de pasta 29 2.5.5 Relleno compositado 29 2.6 Metodología Asarco 30 3 Diseño y aplicación de Bench & Fill 34 3.1 Diseño sector D4 35 3.2 Diseño sector ABW Inferior 46 3.3 Estrategia de explotación sector D4 48 3.4 Estrategia de explotación sector ABW inferior 49 3.5 Extracción y relleno simultáneo 51 4 Operaciones Unitarias 52 iv 4.1 Rendimientos y tiempos relevantes 52 4.1.1 Perforación 52 4.1.2 Tronadura 53 4.1.3 Fortificación 53 4.1.4 Carguío 54 4.2 Desarrollo de galerías 54 4.2.1 Perforación 55 4.2.2 Tronadura 57 4.2.3 Fortificación 58 4.2.4 Carguío 59 4.2.5 Transporte 60 4.3 Cámaras de producción primarias 61 4.3.1 Perforación y tronadura 61 4.3.2 Carguío y transporte 63 4.3.3 Relleno 64 4.4 Cámara Secundaria de Producción 65 4.4.1 Perforación y tronadura 65 4.4.2 Carguío y transporte 67 4.4.3 Relleno 68 4.4.4 Fortificación 68 5 Estimación de Costos bench & fill 70 5.1 Costos desarrollo de galerías 70 5.1.1 Costos de perforación 70 5.1.2 Costo Tronadura 73 5.1.3 Costo de Fortificación 76 5.1.4 Costo de Carguío y Transporte 78 5.1.5 Costo Total Construcción de túneles 81 5.2 Cámara Primaria 82 5.2.1 Costo de Perforación 82 5.2.2 Costo Tronadura 84 5.2.3 Costo de Relleno 86 5.2.4 Costo de Carguío 86 5.2.5 Costo de Transporte 88 5.2.6 Costo Total Construcción de Cámaras Primarias 88 5.3 Cámara Secundaria 89 5.3.1 Costo de Perforación 89 5.3.2 Costo Tronadura 91 5.3.3 Costo de Fortificación 93 5.3.4 Costo de Relleno 95 5.3.5 Costo de Carguío 95 5.3.6 Costo de Transporte 96 5.3.7 Costo Total Construcción de Cámaras Secundarias 97 5.4 Galería de producción 97 5.5 Costos Generales 98 5.5.1 Costos Administrativos 98 5.5.2 Costos de Servicio 100 5.6 Costos Totales 102 5.7 Evaluación Económica 104 v 5.7.1 Evaluación Método Bench & Fill 105 5.7.2 Evaluación Método cut & fill post room and pillar 106 6 Conclusiones y recomendaciones 107 7 Bibliografía 108 8 Anexo A - Especificaciones técnicas equipos 110 8.1 Boomer 282 110 8.2 AirRoc D65 111 8.3 LH410 111 8.4 AD55 Ficha Técnica 112 8.5 BOLTEC 113 8.6 Charmec MC 605 114 vi ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: parámetros diseño SLS ...................................................................................................... 8 Tabla 2: Parámetros de diseño cut & fill ....................................................................................... 22 Tabla 3: Índices Asarco equipos de perforación ........................................................................... 31 Tabla 4: Índices Asarco equipos de fortificación .......................................................................... 32 Tabla 5: Índices Asarco equipos de tronadura............................................................................... 32 Tabla 6: Índices Asarco equipos de carguío .................................................................................. 33 Tabla 7: Parámetros Diseño D4 ..................................................................................................... 36 Tabla 8: Reservas sector D4 .......................................................................................................... 37 Tabla 9: Parámetros diseño bloque 1 sector ABW inferior ........................................................... 47 Tabla 10: Parámetros diseño bloque 2 sector ABW inferior ......................................................... 47 Tabla 11: Parámetros diseño bloque 3 sector ABW inferior ......................................................... 48 Tabla 12: Parámetros equipos de perforación ............................................................................... 53 Tabla 13: Parámetros equipos de tronadura .................................................................................. 53 Tabla 14: Parámetros equipos de fortificación .............................................................................. 54 Tabla 15: Parámetros equipos de carguío ...................................................................................... 54 Tabla 16: Parámetros diseño galería sector D4 ............................................................................. 55 Tabla 17: Detalle de pozos a perforar ............................................................................................ 56 Tabla 18: Parámetros de diseño de perforación ............................................................................. 57 Tabla 19: Cantidad de explosivos a utilizar................................................................................... 57 Tabla 20: Parámetros de diseño tronadura .................................................................................... 57 Tabla 21: Parámetros de explosivos .............................................................................................. 58 Tabla 22: Peso relativo de explosivos ........................................................................................... 58 Tabla 23: Índices de consumo insumos fortificación .................................................................... 59 Tabla 24: Equipos a utilizar fortificación ...................................................................................... 59 Tabla 25: Resultados relevantes carguío ....................................................................................... 59 Tabla 26: Equipos de transporte .................................................................................................... 60 Tabla 27: Parámetros diseño perforación para cámaras primarias ................................................ 61 Tabla 28: Consumo explosivos tronadura cámara primaria .......................................................... 63 Tabla 29: Parámetros de los explosivos ........................................................................................ 63 Tabla 30: Peso relativo de los explosivos ...................................................................................... 63 Tabla 31: Resultados proceso de carguío ...................................................................................... 64 Tabla 32: Resultados proceso de transporte .................................................................................. 64 Tabla 33: Resultados proceso de relleno ....................................................................................... 64 Tabla 34: Parámetros diseño perforación para cámaras secundarias ............................................ 65 Tabla 35: Cantidad de explosivos tronadura cámaras secundarias ................................................ 67 Tabla 36: Parámetros explosivos ................................................................................................... 67 Tabla 37: Peso relativo explosivos ................................................................................................ 67 Tabla 38: Resultados proceso de carguío cámaras secundarias .................................................... 68 Tabla 39: Resultados proceso de transporte cámaras secundarias ................................................ 68 Tabla 40: Resultados proceso de relleno cámaras secundarias ..................................................... 68 Tabla 41: Parámetros de diseño fortificación ................................................................................ 69 Tabla 42: Parámetros de diseño de galerías ................................................................................... 71 Tabla 43: Vida útil aceros de perforación ..................................................................................... 71 Tabla 44: Costo aceros de perforación .......................................................................................... 71 Tabla 45: Costo operacional perforación - Rocket Boomer 282 ................................................... 72 vii Tabla 46: Costo mano de obra perforación ................................................................................... 72 Tabla 47: Costos unitarios insumos de tronadura .......................................................................... 74 Tabla 48: Costo total insumos tronadura ....................................................................................... 74 Tabla 49: Costo operacional cargador neumático de ANFO ......................................................... 75 Tabla 50: Costo operacional Nissan Terrano - Transporte explosivos .......................................... 75 Tabla 51: Costo mano de obra tronadura....................................................................................... 75 Tabla 52: Costo total insumos fortificación .................................................................................. 76 Tabla 53: Costo de operación brokk .............................................................................................. 77 Tabla 54: Costo de operación Jumbo Boltec ................................................................................. 77 Tabla 55: Costo de operación shotcretera...................................................................................... 77 Tabla 56: Costo mano de obra fortificación .................................................................................. 78 Tabla 57: Costo operación LH410................................................................................................. 79 Tabla 58: Costo Mano de Obra Carguío ........................................................................................ 79 Tabla 59: Costo Contratos Transporte ........................................................................................... 80 Tabla 60: Costo Total Transporte Mineral .................................................................................... 80 Tabla 61: Costo Total Estéril ......................................................................................................... 81 Tabla 62: Parámetros Diseño Perforación ..................................................................................... 82 Tabla 63: Índice de desgaste aceros perforación ........................................................................... 82 Tabla 64: Costos aceros perforación ............................................................................................. 83 Tabla 65: Costo operativo AirRock D65 ....................................................................................... 83 Tabla 66: Costo mano de obra perforación cámara primaria ........................................................ 83 Tabla 67: Costo perforación cámara primaria ............................................................................... 84 Tabla 68: Costo explosivos cámara primaria ................................................................................ 84 Tabla 69: Costo operativo Nissan Terrano .................................................................................... 85 Tabla 70: Costo mano de obra tronadura cámara primaria ........................................................... 85 Tabla 71: Costo transporte de relleno ............................................................................................ 86 Tabla 72: Costo operación LH410................................................................................................. 87 Tabla 73: Costo mano de obra carguío carama primaria ............................................................... 87 Tabla 74: Costo de transporte mineral cámara primaria ................................................................ 88 Tabla 75: Parámetros Diseño Perforación cámara secundaria ...................................................... 89 Tabla 76: Índice desgaste aceros perforación ................................................................................ 89 Tabla 77: Costo aceros de perforación cámara secundaria ............................................................ 90 Tabla 78: Costo operativo AirRock D65 ....................................................................................... 90 Tabla 79: Costo mano de obra perforación cámara secundaria ..................................................... 90 Tabla 80: Costo explosivos cámara secundaria ............................................................................. 91 Tabla 81: Costo operativo Nissan Terrano .................................................................................... 92 Tabla 82: Costo mano de obra tronadura cámara secundaria ........................................................ 92 Tabla 83: Costo insumos de fortificación cámara secundaria ....................................................... 93 Tabla 84: Costo operativo perforadora radial cámara secundaria ................................................. 93 Tabla 85: Costo mano de obra fortificación cámara secundaria ................................................... 94 Tabla 86: Costo de relleno cámara secundaria .............................................................................. 95 Tabla 87: Costo operativo LH410 ................................................................................................. 95 Tabla 88: Costo mano de obra carguío cámara secundaria ........................................................... 96 Tabla 89: Costo de transporte camara secundaria ......................................................................... 96 Tabla 90: Dotación administrativa bench & fill ............................................................................ 98 Tabla 91: Costo mano de obra administrativo ............................................................................... 99 Tabla 92: Cantidad de camionetas necesarias bench & fill ........................................................... 99 Tabla 93: Costo total arriendo vehículos ....................................................................................... 99 viii