Flujo gravitacional de extracciones discretas y continuas en minería block caving mediante DEM

Abstract

La minería actual presenta un considerable desafío producto de los grandes costos y el inmenso daño ambiental que se provoca mediante la explotación de yacimientos superficiales cada vez más bajos y con menor ley. Por ello, el método de explotación subterráneo Block/Panel Caving es una excelente alternativa para disminuir estos puntos negativos. De hecho, este método tiene el costo más bajo y las tasas más altas de producción de todos los métodos de explotación subterráneos. Ahora bien, se hace necesario proponer e implementar una nueva y moderna teoría para los flujos gravitacionales. En la presente memoria se busca determinar la influencia de las propiedades físicas del material o medio granular y el tipo de extracción en el comportamiento de los flujos gravitacionales, específicamente en las dimensiones de la Zona de Extracción Aislada (IEZ). Estas propiedades corresponden al coeficiente de fricción estático (µs), la energía superficial (γ) y la granulometría del mineral. Por otra parte, los tipos de extracción a considerar corresponden a una extracción continua y una discreta. Este estudio permitirá obtener una mejora de la planificación de los trabajos en la actual minería con el objetivo de optimizar la extracción de mineral, como también simplificar variables de estudio como el tipo de extracción y el rango de energía superficial (γ) a utilizar en estudios posteriores. Lo mencionado se logra mediante simulaciones computacionales simplificadas 2D, en el software basado en el método numérico DEM y de simulación de sólidos industriales y granulados EDEM™, de la compañía Altair®. Los resultados muestran como las dimensiones de la IEZ aumentan continuamente con la masa o volumen extraído. De igual manera, las dimensiones máximas de la IEZ también lo hacen. Ahora bien, un incremento en el coeficiente de fricción estático (µs) permite observar cómo dicha variable impacta significativamente en la evolución y forma de la IEZ, generando un cuerpo más alto y menos ancho. Por otro lado, se encontró que la energía superficial (γ) es inversamente proporcional a las dimensiones máximas de la IEZ, implicando obtener un elipsoide de la IEZ menos esbelto a medida que γ aumenta. Además, realizando las simulaciones piloto se pudo encontrar como aumentaba la presencia de colgaduras a medida que incrementaba el valor de γ en las simulaciones, específicamente desde energías superficiales mayores a 0.6 (Į/2m2 ). Por otra parte, en cuanto a la granulometría, se encuentra la tendencia de tener una menor altura y ancho máximo para la IEZ a medida que la cantidad de tamaños aumenta. También es posible encontrar un gran indicio, donde el cambio no es significativo entre los dos diferentes tipos de extracción. Sucede que para una misma masa o volumen de extracción se tiene una misma altura y ancho para la IEZ aproximadamente. Finalmente, se propone un modelo matemático que predice la altura y ancho máximo de la IEZ a partir del volumen de extracción en centímetros cúbicos (cm3).

Current mining presents a considerable challenge due to the high costs and the immense environmental damage caused by the exploitation of deeper and lower-grade deposits. Therefore, the underground Block/Panel Caving method of exploitation is an excellent alternative to reduce these negative points. In fact, this method has the lowest cost and highest production rates of all underground mining methods. However, it is necessary to propose and implement a new and modern theory for gravity flows. This report seeks to determine the influence of the physical properties of the material or granular medium and the type of extraction on the behavior of gravity flows, specifically on the dimensions of the Isolated Extraction Zone (IEZ). These properties correspond to the coefficient of static friction (µs), the surface energy (γ) and the granulometry of the mineral. On the other hand, the types of extraction to consider correspond to a continuous and a discrete extraction. This study will allow to obtain an improvement in the planning of the works in the current mining with the objective of optimizing the extraction of ore, as well as simplifying study variables such as the type of extraction and the range of surface energy (γ) to be used in studies later. The aforementioned is achieved through simplified 2D computer simulations, in the software based on the numerical method DEM and simulation of industrial solids and granules EDEM™, from the company Altair®. The results show how the dimensions of the IEZ increase continuously with the extracted mass or volume. Likewise, the maximum dimensions of the IEZ also do so. Now, an increase in the coefficient of static friction (µs) allows observing how this variable significantly impacts the evolution and shape of the IEZ, generating a taller and less wide body. On the other hand, it was found that the surface energy (γ) is inversely proportional to the maximum dimensions of the IEZ, implying to obtain a less slender IEZ ellipsoid as γ increases. In addition, performing the pilot simulations it could be found how the presence of hang-ups increased as the value of γ increased in the simulations, specifically from surface energies greater than 0.6 (Į/m2 ). On the other hand, in terms of granulometry, it is found the tendency to have a lower maximum height and width for IEZ as the number of sizes increases. It is also possible to find a strong indication where the change is not significant between the two different types of extraction. It happens that for the same mass or volume of extraction there is approximately the same height and width for the IEZ. Finally, a mathematical model is proposed that predicts the maximum height and width of the IEZ from the extraction volume in cubic centimeters (cm3).