Modelación computacional de material granular cohesivo y su aplicación en minería de block/panel caving mediante software EDEM

Abstract

Los bombeos de agua-barro son repentinos ingresos de mineral fino, con gran contenido de agua en forma de barro que entran desde los puntos de extracción hacia el nivel de producción u otras aberturas en las instalaciones mineras subterráneas. Es uno de los accidentes con mayor frecuencia y más peligrosos en minería de Block/Panel Caving a causa de las infiltraciones de aguas subterráneas y la percolación de aguas lluvia, con resultados fatales. El objetivo de este trabajo es estudiar el fenómeno de bombeo agua-barro en minería de Block/Panel Caving utilizando una modelación computacional. Así como comprender los mecanismos y características geotécnicas que tienen los medios granulares cohesivos, estudiando estos materiales con diferentes granulometrías y niveles de cohesión, por medio del modelo de cohesión JKR en el software EDEM. En primer lugar, se desarrollaron modelaciones computacionales de asentamiento ocupando el Cono de Abrams con 3 curvas granulométricas diferentes, variando la energía superficial, midiendo el área y altura de la pila. En segundo lugar, se determinó la influencia de la geometría del cono de Abrams utilizando un cilindro. Finalmente, se realizó una modelación de la segregación de partículas, con dos tipos de tamaños con una diferencia notoria variando la cohesión. Se determinó que a medida que la granulometría es variada, el contenido de agua que necesita el material granular para lograr una compactación será menor. Las partículas finas se encargan de rellenar los espacios vacíos, presentando una mayor atracción entre ellas debido a la energía superficial de la cohesión. En cuanto a la geometría, no se aprecia mayor efecto en cambiar el cono por un cilindro. Por último, en la segregación de partículas se puede observar que las partículas pequeñas son más susceptibles a la presencia de agua que las partículas grandes, a las que superan en número. Estas pueden generar mayores contactos, pues la energía superficial entre partículas presenta mayor fuerza de adherencia. The mud rushes are sudden inflows of fine ore, with great water content in form of mud from extraction points to production level or other apertures in subway mining installations. This is one of the more frequent and dangerous accidents in Block/Panel Caving mining because of groundwater infiltration and rainwater percolation with lethal results. The objective of this work is to study the phenomenon of mud rushes in Block / Panel Caving mining by means of a computational modeling study, so as to understand the mechanisms and geotechnical characteristics of granular media, where these materials are studied with varied granulometries and cohesion levels by means of the JKR cohesion model in the EDEM software. The first step was to develop computational models with the Abrams Cone with 3 different granulometric curves, by varying the surface energy, measuring the area and height of the pile. Second, the influence of the Abrams Cone geometry was determined using a cylinder. Finally, a model of particle segregation was developed, with two types of sizes with a notorious difference by changing the cohesion. It was determined that as the granulometry is varied, the water content required by the granular material to achieve compaction will be lower. The fine particles are in charge of filling the empty spaces, presenting a greater attraction between them due to the surface energy of the cohesion. In terms of the geometry of the Abrams Cone, there is not a significant effect on the change of the geometry. And finally, in particle segregation it can be observed that smaller particles are more susceptible to the presence of water than larger particles, outnumbering them. These can generate greater contacts due to that the surface energy between particles has a higher adhesion force.