Reducción de la dilución del carbón aplicando el método de voladura bajo manto en minería Reduction of coal dilution applying under-mantle blasting method in mining
Quispe L. Luis1, Callupe C. Rydder2 y Poma M. Brayan3 1
Universidad Continental Facultad de Ingeniería, Carrera Profesional de Minas 2 Universidad Continental Facultad de Ingeniería, Carrera Profesional de Eléctrica 3 Universidad Continental Facultad de Ingeniería, Carrera Profesional de Mecánica Avenida San Carlos N° 1980, Urbanización San Antonio, Huancayo - Perú
Email: 73487808@continental.edu.pe 77427071@continental.edu.pe 70369928@continental.edu.pe
Resumen
Abstract
La dilución ha sido, en todas las minas del mundo, una gran preocupación. Los ingenieros de minas y geólogos buscan reducir sus efectos, en el sentido de aumentar sus ganancias y reducir costos. El presente estudio demuestra la reducción de la dilución del carbón sobre la mena de oro mediante la aplicación del método de Voladura Bajo Manto en un yacimiento epitermal de oro en donde afloran mantos de carbón, para ello se hizo una comparación entre los análisis de los resultados al aplicar voladuras convencionales y la voladura bajo manto. En ambas técnicas se hizo el cálculo de fragmentación y el cálculo de dilución donde se evidenció que la voladura bajo manto presenta menor porcentaje de dilución en el carbón, siendo así esta una técnica efectiva en la extracción minera que conlleva a un beneficio económico, el cual podría ser utilizado en otras zonas donde se presenten este tipo de asociación.
The dilution has been, in all the mines of the world, a great concern. Mine engineers and geologists seek to reduce their effects, in the sense of increasing their profits and reducing costs. The present study demonstrates the reduction of the dilution of the coal on the gold ore by means of the application of the technique Blasting Under Mantle in a gold epithermal deposit where carbon mantles appear, for this a comparison was made between the analysis of the results when applying conventional blasting and blasting under mantle. In both techniques, the fragmentation calculation and the dilution calculation were made, which showed that blasting under the mantle presents a lower dilution percentage in the coal, this being an effective technique in the mining extraction that leads to an economic benefit, which It could be used in other areas where this type of association is presented.
Palabras clave: carbón, dilución, tajo abierto, voladura bajo manto
Keywords: coal, dilution, open pit, undermantle blasting
Introducción La minería es la actividad más importante del Perú y del mundo ya que genera un sin fin de beneficios tanto sociales, ambientales y tecnológicos; tiene como objetivo ubicar los yacimientos mineros, identificar minerales, extraer y procesar estos materiales de valor económico para poder ser utilizados en la tecnología moderna. Uno de los minerales más utilizados en la industria, es el carbón, el cual es una masa estratificada de alto poder calorífico que se compacta de material vegetal, entre sus principales elementos están: carbono, hidrógeno y oxígeno junto con pequeñas cantidades de azufre, nitrógeno y otros elementos. Las diluciones del carbón en minas a cielo abierto se presentan de dos tipos: La primera, debido al contacto del estéril o mineral marginal con el mineral rico, y la segunda, provocada por el estéril interior (Arteaga & Zapatero, 1997). Rossi (2009) menciona que la dilución del mineral, hace referencia a la mezcla de mineralización de alta y baja ley que ocurre al utilizar una muestra de perforación. A mayor tamaño de bloque utilizado en el modelo, mayor dilución (mezcla) ocurrirá. Por otra parte, el tamaño de bloque que interesa es el que corresponde a la Unidad Mínima de Selección (USM), o sea, el bloque más pequeño que la futura mina podrá extraer durante su operación. “La dilución del carbón es un efecto inherente a la operación de extracción en la minería, y por ello siempre ha representado una preocupación para los ingenieros responsables de su control y reducción. Un bajo control operativo de los niveles de dilución puede implicar efectos negativos en los procesos de minado y procesamiento (menores cantidades netas de mineral y mayores costos metalúrgicos por la variación del material a ser tratado). Así, las empresas mineras podrían ser menos eficientes y con ello ver afectadas sus niveles de rentabilidad” (Basilio, E., 2014). El material diluido es uno de los factores más importantes que afectan la economía de los proyectos mineros. Si bien se hace el mejor esfuerzo para identificar y calcular todos los demás elementos de costo de un proyecto, no importa cuán pequeño sea, es común hacer suposiciones generales sobre la dilución en lugar de cuantificar. Esto generalmente se debe al
presupuesto insuficiente, tiempo para estudios y también la falta de una metodología bien definida que pueda ser utilizada como en el caso de perforación y voladura. (Ebrahim A., 2013) En lugar de la dilución cuantitativa en los estudios de minería, es común suponer la dilución general, como el 5% para los depósitos y 10% para depósitos de forma tabular. Si bien estas cifras pueden ser un buen punto de partida a principios de etapas de los estudios de minería, no toma en consideración la complejidad del problema. El factor de la dilución varía dentro de una sola mina para diferentes bancos y zonas. Esto se debe a los cambios que se ve en el grado de distribución y forma del cuerpo mineralizado, también varía según el precio de los productos básicos. Es necesario asegurarse que estas variaciones se tengan en cuenta al diseñar o evaluar una mina. Una de las principales consecuencias de la dilución es la reducción del grado de alimentación del molino. Para mineral de grado marginal, la dilución puede reducir las leyes en un grado que se convierte no económico para ser procesado. Existen ecuaciones para poder obtener el grado de alimentación después de la dilución. (Ebrahim A., 2013). La voladura es uno de los medios principales de extracción de minerales en las operaciones de minería a cielo abierto, el propósito principal es la fragmentación de la roca y para esto se requiere de una gran cantidad de explosivos (Díaz J., 2012). Durante el desarrollo del diseño de voladuras los parámetros de carguío y secuencia de disparo no implicarán controles óptimos para zonas con presencia de carbón (López C., 2003). La voladura bajo manto se realiza cuando el yacimiento se presenta bajo un tipo multi manto (estéril-carbón), y el buzamiento de las capas presentan gran inclinación (>15°). Esto se realiza por la versatilidad que las capas superiores (manto de carbón) y las capas inferiores sean extraídas de una sola pasada, logrando así optimizar las operaciones de carguío y transporte (Muñoz & Alarcón, 2015). En minería la optimización se lleva a cabo mediante la evaluación y análisis de cada una de las operaciones unitarias, necesarias para la extracción de recurso mineral de interés (Díaz J., 2012). Una de estas, es la operación de perforación y voladura, por la cual es uno de los
métodos de arranque de material más utilizada, ya que permite obtener mayor cantidad de material arrancado en un tiempo más corto (Melieh, et al, 2009, p. 1). Por ello, implementar una nueva técnica de voladura que permite una mejor recuperación de material volado, de esta manera se puede no solo reducir la dilución del mineral sino también reducir costos en uso de sus explosivos. El objetivo de este trabajo es controlar y reducir la dilución del carbón aplicando el método de voladura bajo manto en una mina con presencia de mantos de carbón y en operaciones mineras auríferas a cielo abierto, así mismo, con esta aplicación se busca, no afectar el tamaño de fragmentación, generar beneficios económicos para la mina y así presentar la técnica Voladura Bajo Manto como una nueva alternativa para el control y reducción de la Dilución. Materiales y métodos El trabajo de investigación que se realizó es experimental, en el cual la variable dependiente es la voladura que está sujeta a la acción de las variables independientes (la dilución y el carbón) la mina se encuentra ubicada en la región alto Chicama, departamento de la Libertad a una altitud que varía entre 3700 y 4200 m.s.n.m. Se decidió ejecutar tres Voladuras Bajo Manto, las cuales fueron controladas minuciosamente en los temas operativos de su preparación. Con el propósito de medir los resultados de esta nueva metodología, se decidió elaborar previamente una Línea Base con el registro de los resultados obtenidos en las voladuras realizadas en los últimos tres meses en dichas zonas.
Se estableció que no habría ningún cambio en cuanto a la malla de perforación; es decir que la metodología de VBM solo impone cambios en el diseño de carguío y secuencia de disparo. Con el uso del software ShotPlus i-Pro, se analizaron los amarres y secuencia de disparo.
Figura 2. Segundo esquema del trabajo realizado en la investigación.
Los taladros ubicados en el manto de carbón son volados antes que el resto de taladros. Esto conduce a que los taladros cercanos al manto lo golpeen y por efecto del desplazamiento produzcan dilución. Los taladros ubicados en el manto de carbón no han sido cargados. De la misma manera que el caso anterior, los taladros cercanos al manto golpean a este y por efecto de desplazamiento producen dilución. Los taladros ubicados en el manto de carbón son volados conjuntamente a los demás taladros, sin embargo, la programación de los detonadores electrónicos realizará un desplazamiento del material en un sentido que no ayuda a evitar la dilución por la superposición de material carbonoso en material limpio. El cálculo de dilución se realizó en base a las fórmulas propuestas en la teoría del Balance de Masa. El balance de masa o balance de materia es un método matemático basado en la Ley de la conservación de la Materia, la cual establece que la masa en un sistema cerrado permanece constante: Entradas=Salidas +Acumulación……….1
Figura 1. Primer esquema de trabajo realizado en la investigación.
Ajustado Geología (t)=Estimado Geología (t) * Total Real Dispatch (t) Total Estimado Geología (t)……….2
Las pilas voladas de los proyectos 1, 2, 9, 10, 11, 12 fueron fotografiadas para realizar un análisis granulométrico con el software Power Sieve. Se tomaron 20 fotografías en promedio por cada proyecto y cada uno fue analizado independientemente en primera instancia. La medición con la sonda es grabada en tiempo real, luego esta data es descargada y analizada en gabinete, la información puede ser publicada de manera gráfica para facilitar el análisis. (Basilio, E., 2014).
Cálculo de Fragmentación Con el software Power Sieve se realizó el análisis de fragmentación y el cálculo del P80 de los tres proyectos. Los resultados obtenidos se adjuntan en la Tabla 2, donde se aprecia que el promedio ponderado del P80 es de 13,62 cm. Tabla 2. P80 de los Proyectos de Voladura Bajo manto
Resultados Cálculo de dilución Los resultados obtenidos fueron calculados con las fórmulas expuestas en la teoría del balance de masas de la dilución por tipo de material para cada proyecto realizado aplicando voladura bajo manto. Tabla 1. Porcentaje de Dilución para Voladuras Bajo Manto
Se distinguen tres zonas con un número de fotografías que es de 20, podemos observar que en la Zona 1 - 4020-032 la distancia de los proyectos de voladura bajo manto es mayor en comparación con la zona 3 - 4150-048 y la zona 3 - 4150-053.
Análisis de resultados A partir de realizar el cálculo del porcentaje de dilución tanto del material M1 como del material 3B; ambos con respecto a la línea base y Voladura bajo manto, es posible hacer un análisis exhaustivo (Véase tabla 3). Tabla 3. Resultados finales promediados
Se distinguen tres zonas, respecto a la zona 1 4020-032 la dilución se redujo a 19.96 %, en el cual en el material M1 presenta menor dilución con un 1.69%, en M3B se redujo un 17.02% y en D2 1.25%. En la zona 3 - 4150-048 tenemos una dilución de 28.79% teniendo como menor al M1 con 2.14% y mayor al D2 con un 23.52%, y por último en la zona 3 - 4150-053 tenemos una dilución de 39.23%, en esta zona la mayor dilución se presenta en el material M3B con 22.86%. Por lo tanto, la zona que presenta menor dilución aplicando los diferentes materiales es la zona 1 - 4020-032.
La dilución basada en el material M1 pasó de 4,63% a 1,93%, lo que significa una disminución de 2,70%. Con respecto al material M3B, la dilución pasó de 25,62% a 14,03%, es decir que se logró disminuir en un 11,59% la dilución.
Con respecto a la fragmentación, el P80 pasó de 12,50 cm a 13,62 cm. Este ligero incremento puede corresponder al reemplazo de explosivo HA28 por HA46 en los taladros con contenido de carbón y los cercanos al manto. Evaluación Económica Con el fin de evaluar el beneficio económico que contrajo la reducción de la dilución, se realizó un análisis económico que se basó en las siguientes premisas: El beneficio económico se calculó en función al material M3B. No se realizó en función al material M1 porque no se conoce cuánto tonelaje podría estar relacionado con el material M3B. Sin embargo, sí se supo que el plan de minado para el siguiente año implicaba explotar aproximadamente 1,462 MT de M3B. Beneficio está expresado con la siguiente fórmula: Beneficio ($)= Ore Rec*(Precio-TRC)*(100%Royalty%) El costo está expresado con la siguiente fórmula: Costo Proceso ($) = TonsOre * Costo Proceso Unitario
competentes y frágiles se presenta el mayor fracturamiento, mientras que materiales competentes de mayor resistencia presenta la menor frecuencia de fracturas alcanzando valores de hasta < 1 ff/m (Muñoz, M. Alarcón, 2009), los cuales se comparan con los resultados de la tabla 2 donde el promedio de fracturamiento es de 13,62 cm. Lo que se observó en los resultados del trabajo de investigación de ROMERO N.(2009) analizó la granulometría (véase tabla 5) del carbón muestreado del piso del manto 270, el cual se observa que el mayor porcentaje de la muestra es de menor tamaño, confirmando que el carbón que queda después de la extracción, por maquinación de la excavadora es el producto de la impotencia del balde de la máquina y sus dientes para poder recuperar el tamaño de un 1/4 pulgada, 1/3 pulgada, 1 pulgada y 2 pulgadas. El tamaño de 4 pulgadas y 3 pulgadas, puede ser atribuido a fallas en la manipulación de la maquina por parte del operador; comparándolos con nuestros resultados arrojo que el valor de la granulometría es de 13,62 cm (5,36”) el cual sobrepasa al porcentaje expuesto en la tabla 5, lo que nos indica que habrá una mayor recuperación del tamaño del carbón. Tabla 5. Mina Santander-geología
Por los tanto se muestra la siguiente tabla: Tabla 4. Evaluación económica
Discusión El grado de fractura miento producto de la voladura es variable a través del yacimiento y depende de la competencia de los estratos. Aunque no se ha podido determinar con precisión la frecuencia de fracturas (ff/m) por falta de limpieza en los taludes, se ha observado que el fracturamiento es importante en zonas de fallas principales llegando a valores por sobre las 15 ff/m. por lo general la frecuencia de fracturas varía desde 1 a > 10 ff/m. en sectores poco
Ejercicio de geología
Granulometría
% Acumulado
4" 3" 2" 1" 1/2" 1/4"
97,74 94,57 79,32 53,14 32,80 19,28
De los datos obtenidos en la tabla 3, se deduce que la dilución del material M1 es de 1,93% y del material M3B fue de 14,03%, sin embargo, de acuerdo a Ebrahimi A (2013) menciona que: “Los factores de dilución que se utilizan en recursos y reservas, es aceptable que la dilución este alrededor del 5% para la línea base, y para los metales como un depósito de pórfido de cobre es del 10%, acercándose el valor obtenido a lo descrito, manteniéndose así en un margen aceptable” (p. 11).
Conclusiones
La Voladura Bajo Manto es una metodología que se puede aplicar en yacimientos epitermales de Oro donde hay presencia de mantos de carbón para maximizar la recuperación del material limpio y controlar el efecto de la dilución del manto. La aplicación de la técnica Voladura Bajo Manto logró reducir la dilución del material limpio de 4.63% a 1.93%, lo que significó una mejora de 41.68%. Por su parte la dilución del material carbonoso pasó de 25.62% a 14.03%, lo que representó una mejora de 54.76%. El análisis del detritus de la perforación puede dar una información general de los tipos de roca, pero no permite identificar con exactitud las distancias a las que se encuentran desde el collar del taladro. Realizar Voladuras Bajo Manto demandan un mayor tiempo de preparación con respecto a las voladuras convencionales por lo que es importante trabajar con cierto margen de días entre una voladura y otra. El tamaño de fragmentación se vio ligeramente afectado, en vista que el P80 pasó de 12.50 a 13.62 cm. Uno de los factores de este incremento es el reemplazo de explosivo HA28 en lugar de HA46 en los taladros con carbón y los que rodean al manto. Sin embargo, este incremento no contempló mayor significado en el proceso de chancado. La ejecución permanente de Voladura Bajo Manto generará un impacto económico favorable a la utilidad de la mina. El análisis realizado determinó un incremento en la ganancia de $ 3, 439,016.
Referencias Arteaga, R.; ZapaterO, M. 1997, Manual de evaluación técnico-económica de proyectos mineros de inversión, Gráficas Topacio, Madrid, P. 81-83-111-193. Azán, J. 2009: Estudio de Mineralización de Au en Secuencias Carbonosas de la Fm. Chimú
y su influencia en el Control de Mineral en Lagunas Norte Minera Barrick Misquichilca. Anoust-Ebrahimi, P. 2013: The importance of dilution factor for open pit mining projects. Canada World Mining Congress. Disponible en: http://www.srk.com.au/files/File/papers/dilut ion_factor_openpit_a_ebrahimi.pdf Basilio-Mendoza, E. 2014, Reducción de dilución de carbón aplicando voladura bajo manto. Roberto Ríos Díaz (Tutor). Tesis para optar el Título de Ingeniero de Minas. Pontificia Universidad Católica del Perú. p.81 Díaz-Martínez, J.; Guarin-aragón M.; JimenezBuiles J.. 2012: Análisis y diseño de la operación de perforación y voladuras en minería de superficie empleando el enfoque de la programación estructurado. Boletín ciencias de la tierra. 32: 15-22. López-Jimeno, C. (2003). Manual De Perforación Y Voladura De Rocas, 2 ed., España, p. 780 Melieh, I. Mahmut, Y. Adnan, K. (2009). Evaluation of ground vibration effect of blasting operations in a magnesite mine. Soil Dynamics and Earthquake Engieneering. Turkey. Muñoz, C., Alarcón, M., 2015: Aplicaciones de wall control para voladuras bajo manto en minas de carbón, servicios basados en voladura, gerencia de innovación y tecnología, Orica Chile SA. [en línea], Consulta 10 de setiembre del 2018. Disponible en: https://vdocuments.mx/n-18aplicaciones-de-wall-control-en-voladurasbajo-manto-en-minas-de-carbon-c-munozm-alarcon.html Rossi, M., 2009: ¿Recursos geológicos o reservas minerales?, GeoSystems International. [en línea], Consulta 14 de setiembre del 2018. Disponible en: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?co digo=4426125