ESTUDIO DE DIFERENTES TÉCNICAS DE MIGRACIÓN DE FINOS APLICADA A LA ESTIMACIÓN DE GRANULOMETRÍAS DE PUNTOS DE EXTRACCIÓN EN MINERÍA DE BLOCK/PANEL CAVING

Abstract

Dentro de un marco de diseño óptimo de mina de Block/Panel Caving (BC/PC) se encuentra la búsqueda por entender el comportamiento de flujos granulares gravitacionales. Las implicancias de una mayor comprensión del material fino y sus procesos influyen en el diseño de una configuración óptima de los puntos de extracción, la cual, afecta los costos de desarrollo, productividad, seguridad y la posibilidad de un mayor control sobre el proceso de extracción de material al aplicarse en metodologías como lo son, las estimaciones de fragmentación. La presente memoria de título abarca dos estudios de material granular fino existente en puntos de extracción en minas de BC/PC: la construcción de un modelo conceptual predictivo de granulometría de fragmentación secundaria con migración de material fino en columnas de extracción, y un análisis de migración de material fino con énfasis en la mecánica física de percolación, en un punto aislado de extracción mediante simulaciones de elementos discretos (DEM). El Modelo Predictivo de Migración de Finos (MPMF) automatizado mediante código MATLAB® R2020a logra ponderar cargas litostáticas normalizadas entregando como resultado una serie de distribuciones de tamaños de bloque de fragmentación secundaria por nivel de sobrecarga litostática de material. La metodología considera el enfoque de migración de finos de Dorador y otros (2014) ajustada según un enfoque de mecánica de suelos, específicamente, estudios de separación granulométrica provenientes del campo de erosión interna realizados por Kenney y Lau (1986) y Skempton (1994). Los resultados preliminares obtenidos son alentadores pero dado la falta de información de validación en la industria, deja calibración abierta para futuros estudios. El análisis DEM se llevó a cabo mediante el software Rocky 4.3.2 realizando un análisis descriptivo, en conjunto con un análisis de sensibilidad de parámetros que incluye: la forma geométrica de partículas, y la relación de tamaños de partículas fina a partícula gruesa. Se comprueba la existencia de mayores niveles de percolación en zonas aledañas al centro del punto de extracción, correspondientes a las bandas de corte descritas por Pierce (2009) y Dorador (2016), demostrando que la magnitud de la percolación en puntos de extracción es dependiente de la posición radial de las partículas. En cuanto a la relación de tamaños de partículas fina a gruesa, existirá percolación de partículas para un valor general igual o más amplio que 1:4.00, que levemente se estrecha en las zonas correspondientes a las bandas de corte. Sin embargo, los desplazamientos y velocidades verticales de las partículas finas aumentan de forma exponencial para valores iguales o más amplios que 1:3.85. Un incremento del tamaño de diámetro tamiz de las partículas finas del 60% (relación de tamaños de finos a gruesos de 1:5.00 a 1:3.12) produce una reducción de los desplazamientos verticales de las partículas finas ubicadas por sobre el centro de punto de extracción en un 57%, y en un 64-66% para las partículas en zonas de bandas de corte.In order to optimize the mine design framework, a deep understanding of the behavior of gravitational granular flow is required. The implications of a greater understanding of the fine material and its processes influence the design of an optimal configuration of drawpoints, which affects development costs, productivity, safety and the possibility of greater control over the extraction process when applied in methodologies such as fragmentation estimates. This thesis covers two studies of existing fine granular material at drawpoints in Block/Panel Caving (BC/PC) mines: the construction of a conceptual predictive model of secondary fragmentation granulometry with migration of fine material in columns of extraction, and a fine material migration analysis with emphasis on the physical mechanics of percolation, at an isolated drawpoint using discrete element simulations (DEM). The Fines Migration Predictive Model (MPMF) automated by MATLAB® R2020a code manages to weight normalized lithostatic loads, resulting in a series of distributions of secondary fragmentation block sizes by level of lithostatic material overload. The methodology considers the fines migration theory from Dorador et al. (2014) adjusted according to soil mechanics studies, specifically, granulometric separation studies from the internal erosion field carried out by Kenney and Lau (1986) and Skempton (1994). The preliminary results obtained are encouraging but given the lack of validation information in the industry, leaves the calibration open for future studies. The DEM analysis was carried out using the Rocky 4.3.2 software, performing a descriptive analysis, in conjunction with a sensitivity analysis of parameters that includes: the geometric shape of particles and the fine to coarse particle size ratio. The existence of higher levels of percolation in areas near the center of the drawpoint is verified, corresponding to the shear bands described by Pierce (2009) and Dorador (2016), showing that the magnitude of the percolation in drawpoints is dependent of the radial position of the particles. Regarding the fine:coarse particle size ratio, there will be particle percolation for a general value equal or wider than 1:4.00, which is slightly narrowed in the areas corresponding to the shear bands. However, the vertical displacements and velocities of the fine particles increase exponentially for values equal or wider than 1:3.85. An increase in the sieve diameter size of the fine particles of 60% (fine to coarse particle size ratio from 1:5.00 to 1:3.12) will produce a reduction of the vertical displacements of the fine particles located above the center of the drawpoint by 57%, and by 64-66% for particles in shear bands areas.