Relleno Pasta

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA DE MINAS

MINERIA SUBTERRANEA RELLENO EN PASTA Alumnos: Aguilar Ayala, Maritza. Díaz Espinoza, Jose Luis. Macetas Fernández, María. Huamán Alcántara, Ananí. Urrunaga López, Héctor. Vásquez Delgado, Manuel. Villavicencio Olano, Jheily.

RELLENO EN PASTA

RESUMEN El presente trabajo hace referencia al estudio de los parámetros técnicos y aplicación para el relleno en pasta. El propósito principal del estudio se fundamenta en el establecimiento de los parámetros técnicos de las propiedades de la pasta de relleno que se va a obtener a partir del relave para ser utilizado como material de relleno en las labores de la minería subterránea.

RELLE NO  TIPOS DE RELLENO

Material que sustituye al mineral arrancado, que se introduce en los



Relleno de Roca



Relleno Hidráulico

ser utilizado como sostenimiento

Relleno de Pasta

para

 

Relleno Compuesto

lugares explotados de la mina para seguir

RELAVE

los

diferentes niveles o subniveles de explotación.

¿Cómo seleccionar el material de relleno? PRUEBA DEL SLUMP

explotando

SELECCIÓN

DEL MATERIAL DE RELLENO

El tipo de relleno y su disponibilidad.  Tratamiento previo para el tipo de relleno(costos e instalaciones)  Cercanía de la fuente de relleno.  Características de Resistencia y alterabilidad 

PROCEDENCI A DEL RELLENO

• Bancos de Préstamos • Relleno Creado in Situ • Estériles de plantas de Concentración

PRUEBA DEL SLUMP Depositar la pulpa dentro de este cono,

Retira el cono de metal

Es la Medición del asentamiento del concreto con el cono de Abrams.

Se mide el cono formado por el material en el momento que se descarga el relleno

La altura de este cono debe ser de 1” para que se puedan depositar y acomodar en el tajeo.

Fig. N°01: Cono de Abrams para prueba de slump

RELAVE Los relaves son desechos tóxicos subproductos de procesos mineros y concentración y almacenados en «tranques o pozas de minerales, usualmente una mezcla de tierra, minerales, agua y rocas. Los relaves contienen altas concentraciones de químicos y elementos que alteran el medio ambiente, por lo que deben ser transportados relaves» donde lentamente los contaminantes se van decantando en el fondo y el agua es recuperada o evaporada. El material queda dispuesto como un depósito estratificado de materiales sólidos finos.

PREPARACIÓN CARACTERISTICA S METODO DE CORTE Y RELLENO METODO DE SUB LEVEL STOPING

APLICACIONES

RELLENO EN PASTA PROCESO DE RELLENO

PRUEBA DE REVENIDO

VENTAJAS Y DESVENTAJAS BOMBEO

RELLENO EN PASTA CARACTERÍSTICAS DE UNA PASTA



1.



Una pasta es la mezcla de relave, cemento y agua.



La diferencia en comparación con el relleno hidráulico es el menor contenido de agua, y la adición de cemento a su estructura.



% de sólidos por arriba del 80%



% de agua del 10% al 15%



% de cemento del 3 al 5% para darle consistencia.



Transporte por tuberías de acero de alta presión por bombas de pistón a velocidades de 2.0 m/s



Contiene de un 20 a 25% de partículas de dimensiones menores a 20 micrones (malla 625)

2.

PREPARACIÓN DE LAS PASTAS

. El

relave se envía a un espesador de alta densidad( retira agua)

. El

material de descarga se envía a la presa de relaves.

. 2do

producto: (pulpa con 80% sólidos) se envía a un tanque agitador.

. Se

envía la pulpa a un filtro de discos( se disminuye agua).

. La

pasta se coloca en una tolva(agrega cemento, y mezclado(escoria o cenizas)

. Se

envía a tolva acoplada a una bomba de pistones(lleva la pasta a interior mina por sistema de tuberías)



APLICACIONES DEL RELLENO EN PASTA



Proveer una plataforma de trabajo.



Evitar el movimiento y caída de las rocas.



Facilitar la recuperación de pilares.



Evitar o minimizar la subsidencia.



Estabilizar el macizo rocoso en las minas, reduciendo la posibilidad de estallidos de roca.



Minimizar la deposición de relaves o material rocoso en superficie ayudado al control ambiental



VENTAJAS



DESVENTAJAS



Costo de obtención de relave cero





Transporte en tuberías más económico, eficiente y rápido.

Aunque el costo de operación para trasporte es bajo, el costo más significativo es el costo del cemento



Esparcimiento natural.



Distribución en tajos sencilla



Bajo grado de abrasión a la tubería que lo transporta.



No necesita drenaje por bajo contenido de agua.

PRUEBA DE REVENIDO Se acostumbra

a medir el hundimiento que tiene un cono de material fresco al retirarle el apoyo. Para efectuar esta prueba se necesita un molde metálico de 30cm de altura, 20cm en su base de apoyo y 10cm en el extremo superior, el molde es conocido como cono Abrams. La diferencia en centímetro entre la altura del molde y la finalidad de la pasta seca se denomina revenimiento



BOMBEO DE PASTAS



Es importante efectuar la adecuada selección de materiales para preparar la pasta y tener un control granulométrico cuidadoso.



Las pastas con revenimientos bajos requieren elevadas presiones de bombeo.



Las pastas con altos revenimientos producen golpeteos en las bombas y producen asentamientos cuando las líneas se dejan cargadas.



Los gradientes de presión aumentan al reducirse el diámetro de la tubería. Cambios pequeños en el revenimiento de la pasta, o de su densidad tendrán un efecto importante, sobre el gradiente de presión.



MEZCLADO

PLANTA DE RELLEN O EN PASTA

PROCESO DE RELLENO EN PASTA ESPESADO

FILTRADO

MEZCLADO

BOMBEO

RELLENO EN EL MÉTODO DE SUBLEVEL STOPING 

Compañía: Cia Minera Minsur S.A



Unidad: San Rafael, (niveles principales están cada 50m y los niveles secundarios a 25m entre los niveles principales).



Perforación: filas de taladros largos en abanico, y una chimenea en VCR, como cara libre.



Dirección de voladura: arriba hacia abajo



Extracción: por niveles principales con scoop tramc hacia chimenea y con volquetes de 20 ton de capacidad a la planta.



Tajeos:



Longitud: 100 m



Ancho : 10 a 15 m



Altura : 50 m



Estas aberturas tienen que ser rellenadas para que cumplan la función de:



Pared auto estable (Pilar)



Techo auto estable (Losa o Sill)

CONTROL DE CALIDAD DE LA PASTA  Análisis

de distribución granulométrica del relave.

 Luego

se mezcla con el relave, el cemento, la escoria y el agua a diferentes proporciones.

 Se

toma probetas para realizar ensayos a los 7 , 14, 21, 28 y 56 días de curado.

 Los

Ensayos se realizan en una Prensa de rotura a la compresión digital, que pueda detectar bajos valores.

PROPORCIONES DE LA MEZCLA La resistencia a la compresión de 470 KPa a los 28 días de curado se asignaron las siguientes proporciones referidos 1 m3. RELAVE ACONDICIONADO 

Peso Húmedo: 1714 Kg



Peso Seco : 1279 Kg

PESO AGREGADO (7%): 89 KG 

Peso Cemento (40%) :36 Kg



Peso Escoria (60%) : 53 Kg

PESO DE AGUA : 50 KG 

La Pasta tiene 73% de sólidos con una densidad de 1850gr/lt y Slump de 7.75 pulgadas.

ENSAYO DE COMPRESIÓN Se preparan 3 probetas para cada ensayo, obteniéndose un total de 15 probetas para cada diseño se saca un promedio de los valores obtenidos. En el gráfico se puede apreciar el incremento de la resistencia a mayor tiempo de curado

COSTOS DE LA OPERACIÓN

El Costo del Relleno en Pasta es de aproximadamente 10 $/m3 de relleno puesto en el Tajeo, el cemento y la escoria representan el 60 % del costo total.

PARÁMETROS UTILIZADOS POR OTRAS MINERAS Mina Iscaycruz (Oyón - Lima)

Mina Ares (Arequipa)

RELLENO EN PASTA DE ACUERDO AL MÉTODO DE EXPLOTACIÓN

METODO DE CORTE Y RELLENO

RELLENO EN PASTA UTILIZANDO AGREGADOS Compañía: Minera Ares S.A.C.

Método de explotación: corte y relleno ascendente, Perforación: convencional en breasting Limpieza: mecanizada con Scoops eléctricos de 1.5 Yd3 de capacidad. Voladura: con fanel y dinamita Extracción: volquetes de 20Tn. Longitud de Tajo: aproximada de 120 m, divididos en dos alas (NE y SW), Labores: una chimenea comunicada a superficie, un ore pass con una tolva neumática, donde se cuadran los volquetes (esta ventana comunica a la rampa principal). el equipo de limpieza y la estabilidad de la excavación, generalmente es de 2.5 a 4 m y una altura de excavación de 3 a 3.5 metros aproximadamente.

Relleno en Pasta 

Ingresa a través de tuberías por chimeneas comunicadas a superficie, prolongándose a toda la longitud del tajo.



Cubre el 85% de la abertura y deja una altura de 50 cm del nivel del relleno al techo de la excavación.(sirve como cara libre para el siguiente corte)



Aumenta la velocidad de ciclo de los tajos



Disminuye la dilución.



Mejora la estabilidad de la roca encajonante.

Selección de materiales 

AGREGADOS: De una cantera ubicada 3 km de la mina. Su clasificación se hace por un tamizado manual a un corte de 3/8 pulgadas como tamaño máximo.



CEMENTO: Es del tipo Pórtland 1PM, con 30% de puzolama. Se adiciona para completar el porcentaje de finos menores a 20 micrones y como resistencia a la compresión: a un determinado tiempo de curado.



AGUA: Se bombea de las labores de desarrollo de interior mina, se trata en pozas de decantación, su PH es entre básico y neutro.



ADITIVO: Reductor de agua, cuyas propiedades ayudan a hacer la mezcla bombeable; las principales son: reducción de la presión de bombeo y plastificación de la superficie de la mezcla.

Diseño de mezcla RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

Principal parámetro de diseño de la mezcla.

Capacidad de soportar cargas y esfuerzos, su mejor comportamiento es a la compresión y a los esfuerzos uniaxiales. El curado es con lo que se llega a desarrollar las características resistentes de la mezcla. El método de explotación de corte y relleno ascendente hace que el relleno sirva de piso para el siguiente corte. Entonces, la resistencia necesaria es para soportar él transito del sccop eléctrico de 1.5 Yd3. donde R=0.2 Mpa A mayor tiempo de curado mayor resistencia siendo adecuado para reiniciar las operaciones a 1 día después de relleno, transportando 0.2 Mpa.

Diseño de mezcla 



AGREGADO

Wcsagr = Wtagr - % clagr x Wtagr Donde:

CEMENTO

W cem = % cem x Wcsagr 1- % cem Donde:



Wtagr : Peso total del agregado



Wcem: Peso del cemento.



Wcsagr: Peso del contenido sólido del agregado.



Wcsmez: Peso del contenido sólido de la mezcla.



Wclagr: Peso del contenido líquido del agregado.



%agrfn: Porcentaje de finos.



%cem: Porcentaje de cemento.



%clagr: Porcentaje del contenido líquido del agregado.



AGUA  Peso del agua( Wagua ): Este valor se halla experimentalmente en función al valor de la consistencia de diseño.

VALORES ACTUALES DE DISEÑO POR M3 

Peso total de los agregados ( Wtagr): 1590 Kg.



Peso del cemento ( Wcem): 100 Kg.



Peso del agua ( Wagua) : 90 Lt.



Porcentaje de contenido líquido del agregado : 18 %.



Slump : 8 Pulgadas.

AJUSTES POR HUMEDAD DE LOS AGREGADOS 

RAZONES PARA HACER AJUSTE:



Peso total del agua: Wtagua.



Peso del contenido sólidos de los agregados : Wcsagr.

Si el porcentaje de humedad de los agregados aumenta, entonces se tendrá:  Nuevo porcentaje de contenido líquido de los agregados: %clagr1.  Nuevo peso total de los agregados: Wtagr1, debe aumentar.  Nuevo peso de contenido líquido de los agregados : Wclagr1.

Entonces el incremento de agua de los agregados es:  In Wclagr = Wclagr1 – Wclagr Ajuste de agregados:  Wtagr1 = Wcsagr / ( 1 - %clagr1) Ajuste de agua:  Wagua1 = Wagua – InWclagr Si el porcentaje de humedad disminuye, se realiza el ajuste inverso de agregados y agua. El aditivo ingresa con un valor de 1% del peso del cemento.

AJUSTES POR AUMENTO DE SLUMP Para finalizar la operación debe disminuirse la presión de bombeo, para lo que se tiene que aumentar el Slump, experimentalmente se obtiene lo siguiente:  El

peso de los agregados : Wtagr2 = Wtagr – 60



El peso del agua : Wagua2 = Wagua + 30



El peso del cemento se aumenta : Wcem2 = Wcem + 30

 Slump

: 10.5 pulgadas

El objetivo es evitar exceso de agua y conservar la resistencia.

EQUIPOS DE MEZCLADO Y BOMBEO MEZCLADO 



BOMBEO

Para el bombeo de la mezcla se utiliza una bomba de desplazamiento positivo, para fluidos no Newtonianos, con las siguientes características:  Sistema de funcionamiento es con dos pistones alternativos.  Caudal nominal es de 60 m3/ hora, con motor eléctrico de 150 KW.  Número de emboladas por minuto debe ser 14, siendo por recomendación técnica, la ideal para alargar la vida de la bomba.  Capacidad pico de presión es de 300 Bar.

METODOLOGÍA DEL RELLENO En las chimeneas se encuentran instaladas las tuberías bicapa

Forrar la parte inferior con la tela prolipropileno

Un tajo de 60m de longitud se rellena hasta en 3 veces quedando a 0.5 m del techo

Conectar las tuberías mediante un niple las tuberías e instalar hasta donde entrará el relleno

Mezclar el agua y cemento para lubricar la tubería

Limpiar la tubería

Bombear la mezcla con las proporciones de diseño y con slum.

Hacer un ajuste por aumento de slump a 10.5 pulg. Y soltar aire comprimido de 100 psi para que empuje toda la carga por la tubería hasta salir del tajo

Preparar una barrera con tablas y puntales en el límite para rellenar.

CONTROLES DURANTE LA OPERACIÓN  Principal: Slump, se determina su valor cada 15 minutos, con un cono de Abrahams.  La Presión de Bombeo y la temperatura del aceite.  Consistencia de la mezcla pero sin excedente de agua, con fraguado de 1% en 4 horas.  Temperatura: mezcla:15°C, agua: 60%.

OPTIMIZACIÓN DEL RELLENO 

REDUCCIÓN DEL PORCENTAJE DE CEMENTO EN LA MEZCLA: Se logra con :



Implementar nuevos equipos que detectan características de los materiales y la mezcla.



Analizar los agregados para determinar el contenido de fino menores micrones y calcular hasta donde se puede reducir el cemento.



Disminuir la cantidad de cemento, pero implica disminuir agua por lo tanto aunmenta la preseion de bombeo por esto agregaron una ditivo del tipos reductor de agua que reduce la presión porque hace fluida la mezcla.



Temperatura de la mezcla pues esto afecta la hidratación de la mezcla por esto implementaron un quemador que calienta el agua en el tanque a 60°C que ingresa a la mezcla a 15°C, condición ideal.

RESULTAD OS

con

detalle

y

agilidad

las a20

Se redujo de relleno de US$ 35 el m3 a US$ 25 el m3. La resistencia a la compresión se mantiene a 1.5. días de rellenado.

ENSAYOS PARA INCORPORACIÓN DE RELAVES 

Se tiene proyectado la incorporación de relaves a la mezcla, con el objetivo de que ingrese como aportante de finos y se pueda reducir el cemento al 4%, equivalente a 60 Kg /m3. Se han realizado para ello, ensayos de laboratorio, que señalan la necesidad de realizar el siguiente proceso:



Espesar la pulpa, para aumentar el contenido de sólidos de 40 a 82%.



Clasificar el relave, para reducir el contenido de finos menores a 20 micrones de 65 a 15 %.



Mezclar el relave espesado, con agregados y cemento en proporciones de 33, 63 y 4 % respectivamente, referidos al contenido de sólidos.



Con estos valores a una consistencia de 8 pulgadas, se obtiene una resistencia a la compresión de 0.2 MPa a los 3 días.

CONCLUSIONES 

No tiene excedente de agua por lo tanto no necesita sistema de drenaje.



Permite la continuidad del minado ya que no es necesario esperar más de 1 día, para reiniciar las operaciones.



Ha hecho posible la recuperación de zonas de derrumbe, restableciendo la estabilidad y sirviendo de techo para continuar con el minado.



La naturaleza abrasiva del agregado y su limitado contenido de finos, produce el desgaste de tuberías y obliga a la utilización de tuberías de alta resistencia a la abrasión.



También hace necesario utilizar alto porcentaje de cemento, lo que hace al relleno costoso, con relación a otros tipos de relleno.



Los ensayos realizados en la mina Ares han optimizado el proceso, logrado rebajar el consumo de cemento de 1100 ton para 6000 m 3 a 750 ton para 7200 m3.



La incorporación de los relaves como aportantes de finos en el relleno tiene como objetivos: reducir el costo del relleno con la disminución de cemento y prolongar la vida de la cancha de relaves.

GRACIAS