Clase14_2017_I Camaras y Pilares

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica Escuela Profesional de Ingeniería de Minas Métodos de Explotación Subterránea Ciclo 2017_I

METODO DE EXPLOTACION:

CAMARAS Y PILARES

F.Grimaldo/ Junio 2017


DESCRIPCION GENERAL DEL METODO: CAMARAS Y PILARES Es un método donde el minado que se aplica en cuerpos mineralizados de posición horizontal o que tenga una pequeña inclinación. Se abren múltiples tajeos o cámaras, dejando zonas intactas para que actúen como pilares para sostener la carga vertical. Desde que la dirección de la excavación está en un nivel donde el mineral no fluye por gravedad, por consiguiente: el material debe ser cargado en la cámara, para luego ser extraído y transportad transportado o a un punto donde pueda fluir ya sea por gravedad o por medios mecánicos, para finalmente sea extraído fuera de la mina bajo sistemas de transporte mayores (fajas transportadoras, camiones, etc.). F.Grimaldo/ Junio 2017


DESCRIPCION GENERAL DEL METODO: CAMARAS Y PILARES

PILAR

PILAR FRENTE DE PERFORACION

LIMPIEZA

ECHADERO DE MINERAL

NIVEL DE EXTRACCION

EXPLO EXPLOT TACIO ACION N POR POR CAMA CAMARA RAS S Y PILA PILARE RES S Se obse observ rvaa en el graf grafic ico o una una expl explot otaaci ción ón en banq banque ueo o y el mine minerral se tra transpo nsport rtaa a un ec echa hade dero ro para para ser ex extra traíd ído o con con Loco Locomo moto tora rass y ca carr rros os mine minero ros. s.



DESCRIPCION GENERAL DEL METODO: CAMARAS Y PILARES Distribución regular

Un aspecto importante del minado de cámaras y pilares que lo diferencia del método de Tajeos Abiertos (Open Stopes), es el No empleo de la gravedad, para la limpieza del mineral. La ubicación de los pilares requiere la realización de un estudio geomecánico. En algunos casos, la precisión la ubicación de los pilares puede ser cambiada. Por buscar la selectividad del mineral los pilares se ubican en zonas de menor valor de mineral o en zonas estériles.

Distribución irregular

Vista en planta de distribución de pilares F.Grimaldo/ Junio 2017


CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS DEPOSITOS MINABLES POR CAMARAS Y PILARES Las condiciones principales para aplicar un método de cámaras y pilares (Room and Pillar) son: 1. 2. 3.

Cuerpo mineralizado de grandes dimensiones en su extensión. Cuerpo plano o casi plano (Buzamiento de 0 a 20o) Roca competente, tanto para el mineral como para las rocas encajonantes. Estas son algunas de las condiciones ideales para su aplicación y que lo hacen un método relativamente eficiente; sin embargo, ellos no son los criterios limitantes por los cuales se seleccionaría el método. Otros criterios a considerar serían: Incrementar la recuperación y y la rentabilidad, así como tener en cuenta la seguridad y el cumplimiento de las regulaciones ambientales y sociales, los requerimientos legales.



CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS DEPOSITOS MINABLES POR CAMARAS Y PILARES Efectos del tamaño, la forma y el espesor del macizo rocoso 1.

El método es adaptable a grandes reservas de mineral emplazadas en forma horizontal o casi horizontales.

2.

Se pueden abrir muchas áreas de producción lateralmente.

3.

No se emplearía el método, si el mineral tiene un alto buzamiento (+ 20o)

4.

Se emplea el método si hay facilidades para accesos simples y directos.

5.

Se puede emplear el método con una alta mecanización de equipos y el empleo de pilares competentes (o reforzados) En conclusión, dependiendo de las condiciones mencionadas podemos tener una alta flexibilidad para aplicar este método. Ya que la velocidad de la producción la podemos incrementar con una mayor cantidad de tajeos, pero teniendo en cuenta también las complicaciones que podemos tener del punto de vista de seguridad (especialmente a la hora de los disparos se requiere mucha precisión en la coordinación).



CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS DEPOSITOS MINABLES POR CAMARAS Y PILARES

Buzamiento del macizo rocoso (0 a 20o) La fluidez del mineral roto aprovechando la gravedad influirá en la determinación del método subterráneo a aplicar.

Si el buzamiento no es tan alto (hasta 20o ó 36% de gradiente ), como es el caso del método de Camaras y Pilares, se puede emplear el método con equipos mecanizados para limpieza y acarreo del mineral. La condición anterior hace que tengamos mayor cuidado en la seguridad de diseño del pilar, la ventilación, el control del techo y el ciclo de minado.




Resistencia del macizo rocoso Diseñar una abertura que dure el mayor tiempo posible, y que los techos y pilares soporten la magnitud de las fuerzas sobre las que ellas actúan. Las rocas pueden variar en resistencia de 275.7 a 344.7 Mpa (40,000 a 50,000 psi). Se usará los conocimientos de la mecánica de rocas para realizar el diseño de las aberturas y los pilares.



CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS DEPOSITOS MINABLES POR CAMARAS Y PILARES Resistencia del pilar Se basa en la asunción que las tensiones en el pilar son distribuidas en forma pareja e igualan a los esfuerzos verticales originales divididos entre el área del pilar, y que la falla del pilar ocurrirá cuando sus esfuerzos excedan la resistencia compresiva del pilar. Coates (1981) asume que cada uno de los pilares dejados durante la excavación sostienen todo el horizonte. Luego el esfuerzo promedio del pilar para pilares cuadrados con cámaras de ancho consistente es: (Bp + Bo ) σ

= σ z --------------------Bp

Donde: Bp y Bo son el ancho del pilar y la cámara σz es el esfuerzo geoestatico o esfuerzo de pre-minado actuando en forma normal al plano de excavación. Si este es horizontal entonces: σz

= γ.z

Donde γ es la densidad de la roca y Z es la profundidad de la mina. F.Grimaldo/ Junio 2017



DISEÑO DE PILARES







El objetivo es maximizar la recuperación de la unidad básica de explotación a través de un diseño seguro y viable El diseño de pilares debe obedecer a un análisis de las cargas y la resistencia del macizo rocoso. La recuperación de mineral incidirá directamente en la economía del método.




CARGA SOBRE EL PILAR





Se produce una redistribución de esfuerzos al realizar el minado de la cámara de producción. Los esfuerzos tienden a ser mayores en las esquinas produciendo fallas por exceso de cizallamiento.



CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS DEPOSITOS MINABLES POR CAMARAS Y PILARES Carga Vertical Sobre el Pilar Carga litoestática 

 z   z Mpa

Estimación del esfuerzo inducido

 p   z

1 1  

Recuperación Minera  

Am At




Área Extraída Área Total

W p  W o  Área tributaria  p   z  W    p

2


CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS DEPOSITOS MINABLES POR CAMARAS Y PILARES Tracción Sobre el Techo del Tajeo en Explotación 

 T

Luz máxima para un estrato de roca

 T   



 L2


L

2t  L4

32 Et 2

3 L 



t

4

El fallamiento del techo del tajeo en explotación va a ser generalmente al esfuerzo de tracción y no de corte E: Módulo de elasticidad del macizo rocoso



peso específico de la roca


ETAPAS DE LA EXPLOTACION CON EL METODO CAMARAS Y PILARES •

DESARROLLO Y PREPARACION

•

PRODUCCION PERFORACION Y VOLADURA • LIMPIEZA Y EXTRACCION •



ETAPAS DEL METODO CAMARAS Y PILARES

DESARROLLO Y PREPARACION

LIMITE ZONA MINERALIZADA

Se requiere un trabajo mínimo de desarrollo para preparar el depósito.

GALERIA DE DESARROLLO

Las vías para el transporte de mineral y comunicación se hacen dentro de los tajeos de producción. Las combinaciones de las vías se combinan con la producción de mineral, los tajeos también sirven de vías de transporte.

LABOR DE ACCESO A LA ZONA MINERALIZADA DESARROLLO Y PREPARACION CAMARAS Y PILARES (Vista en planta)




PRODUCCIÓN

2 1

PERFORACION Y VOLADURA Para la producción de mineral sobre una superficie plana se aplica las mismas técnicas de voladura en frentes. Donde las condiciones geológicas y geomecanicas son favorables, los tajeos pueden ser más grandes y se pueden usar jumbos y tener por consiguiente un minado más productivo. F.Grimaldo/ Junio 2017

3

SECUENCIA DE MINADO EN CAMARAS Y PILARES (Vista en planta)



Continúa......Producción La mineralización con mayores alturas son minadas en tajadas. Empezando del tope y yendo hacia abajo. En esta etapa, el control del techo y los pernos de roca se hace con una altura conveniente. Las secciones hacia abajo se recuperan con banqueos, en una o más etapas usando equipos de perforación montados sobre orugas.


SECCION MOSTRANDO UN CORTE AL ANCHO COMPLETO DEL CUERPO Y MINADO CON BANQUEO VOLADO A PERFORACION VERTICAL – CAMARAS Y PILARES



PILAR

PILAR

Taladros de contorno con voladura controlada

CARA LIBRE PERFORACION VERTICAL TIPICA EN UN BANQUEO DE CAMARAS Y PILARES

VISTA EN PLANTA F.Grimaldo/ Junio 2017



LIMPIEZA Y EXTRACCION El mineral disparado es limpiado con equipos diesel (cargadores frontales o scooptrams) y para el acarreo se pueden usar camiones de bajo perfil. El equipo móvil mecanizado es ideal para aplicaciones en cuerpos planos o ligeramente inclinados. Esto hace que el método de Camaras y Pilares sea simple y con muchos frentes de trabajo, por lo que los recursos (personas y equipos) en la etapa de producción tengan una alta utilización, y por consiguiente bajos costos/tonelada minada. F.Grimaldo/ Junio 2017


VARIANTES DEL METODO DE CAMARAS Y PILARES

Corte Sección Completa (Full Face Slicing).- Si el proceso de abertura de las cámaras es en toda la extensión vertical del mineral. La producción vendrá del avance de un frente. Potencia del cuerpo mineralizado se adapta hasta 6 m de altura.

Tajadas múltiples (Slicing Múltiple).- Cuerpos

SECCION MOSTRANDO UN CORTE AL ANCHO COMPLETO DEL CUERPO Y MINADO CON BANQUEO VOLADO A PERFORACION VERTICAL – CAMARAS Y PILARES


mayores a 6 m de ancho. El frente es dividido en partes donde se aplica el breasting, el banqueo. Primer frente se hace en la parte superior. Esto permite un fácil acceso para remover las rocas sueltas del techo y reforzarlo con pernos. Se tiene muchos frentes y alta mecanización.


VARIANTES DEL METODO DE CAMARAS Y PILARES

Cámaras y pilares con postes (Post pillar) Descripción Es un método que va dejando pilares tipo poste y se va rellenando luego el tajeo para pasar al siguiente corte. Los pilares son extendidos verticalmente a medida que avance encima de las capas de relleno y estas le dan más estabilidad. Como vemos, en este caso se combina la ventaja del corte y relleno, trabajando mineral de menor competencia que es explotado con cámaras y pilares. Permite recuperaciones mayores. Será importante la velocidad del minado y el relleno.



R/B 1815 a superficie

APLICACIÓN DE CAMARAS Y PILARES EN NV. 1600 - PISO 15 - CUERPO J337B, MINA CERRO DE PASCO (Año 2002)

Ech.- 1654 Rampa-16583 proyecto Pilares

Sub Nivel de Ventilacion 1400

Ch-1616

9 1 6 1 - . a h c E

Rampa16583

Ni ve l 1600

6 s s a P e r O

0 8 0 l 1 v e i N


o t c e y o r P 6 1 6 1 . l a r M . h c E

Labores Explotadas

ct o y e r o P 6 6 2 1 – al . r M ch . E

6 2 6 - 1 . a c h E

Proy . Cola de Carr os pr oy ect o

Nivel 1800

PARAMETROS DE DISEÑO: Reservas : 400,000 tms @ 52 US$/tm Producción : 15, 000 tms/mes Productividad : 20 tms/tarea. Costos minado : 8.5 US$/tm Tiem o o eración: 3.0 años.


VARIANTES DEL METODO DE CAMARAS Y PILARES CAMARAS Y PILARES CON PASOS ESCALONADOS Adaptar el piso inclinado con un uso eficiente de equipo trackless.

Aplicaciones Aunque no pueden ser generalizadas, se aplica a depósitos tabulares con espesores de 2 a 5 m y buzamientos entre 15 a 30º.

Descripción El método caracteriza un diseño donde las direcciones de las vías de acarreo cruzan el buzamiento del cuerpo en un ángulo donde la rampa permite subir a un siguiente corte.

Desarrollo Red de galerías de transporte paralelos, atravesando el cuerpo. En la galería del fondo pueden viajar los camiones.

Producción El tajeo avanza hacia delante, en un modo similar al frontoneo, hasta que se haga el siguiente frente paralelo. El próximo paso es excavar una galería similar, a un paso superior, adyacente al primero. El procedimiento se repite. F.Grimaldo/ Junio 2017


DETERMINACION DE COSTOS DEL METODO DE CAMARAS Y PILARES RESERVAS

Longitud Ancho Altura mineral Area total = Volumen Densidad Tonelaje

500.00 50.00 4.00 25,000 100,000 3.3 330,000

m m m m2 m3 t

Ancho 3.50 m Largo 3.50 m Area 12.25 m2 Pilares diseño regular, espaciamiento entre eje y eje de Nro. Pilares en el ancho 6 pilares Nro. Pilares en longitud 59 Total de pilares 354 pilares Area sin explotar 4,336.50 m2 Area neta explotada 20,663.50 m2 Recuperación 82.65% Tonelaje a explotar 272,758 toneladas Dimensiones Pilar

Es implica que los frentes serán de


5.00 m ancho 4.00 m altura

8.5 metros


DETERMINACION DE COSTOS DEL METODO DE CAMARAS Y PILARES PERFORACION Y VOLADURA

Perforación con un jumbo de 2 brazos Longitud de taladro 12 pies = Avance 95% Avance por disparo Cantidad de taladros 45 Diametro del taladro 2 1/2" Tonelaje por disparo

3.66 metros 3.47 metros

229.33 toneladas

Voladura

El frente se dispara con emulsiones, detonantes no electricos y pentacord. LIMPIEZA Y EXTRACCION

Se emplea un scoop de 6 yd3. Tiempo de limpieza 1.5 horas El scoop deposita el mineral en un echadero. Del echadero es extraido con una locomotora de 8 ton con 6 carros de 5 ton c/u. Ciclo de la locomotora 20 minutos/viaje SOSTENIMIENTO

Se emplean pernos de 7 pies de longitud en una malla de 1.20 x 1.20 m en promedio Con el sostenimiento se emplean mallas electrosoldadas en un 25% del area expuesta.



DETERMINACION DE COSTOS DEL METODO DE CAMARAS Y PILARES RITMO DE EXPLOTACION

Si el ritmo de explotación determinado es Trabajando a Nro de disparos requeridos Implica que se necesitan O sea mínimo se necesitarán Tiempo de explotación Dias efectivos por mes Tiempo total de explotación

1,500 t/día 2 7 4 4

turnos/día disparos/día disparos/turnos frentes de trabajo

182 dias 25 dias/mes 7.27 meses

CALCULO DE COSTOS

Considerar el costo de un frente de 5 x 4 metros (US$/metros), en toda la longitud a explotar Perforación y voladura Limpieza Extracción Sostenimiento Servicios auxiliares: ventilación Gastos generales de mina



VENTAJAS DEL METODO

•


Alto grado de flexibilidad: al tener varios frentes en producción que permite efectuar cambios al plan de minado.

•

Los ciclos de minado son repetitivos.

•

El método puede ser aplicado como un método de minado selectivo, dejando desmonte como pilares o en zonas de mineral marginal o de espesores delgados.

•

El sistema puede ser aplicado a múltiples niveles, sin desmejorar las condiciones estructurales de otros niveles.


VENTAJAS DEL METODO


•

Es aplicable a grandes cuerpos mineralizados, con muchos frentes de desarrollo.

•

El método permite una alta mecanización, el mantenimiento es mucho más simple y el equipo puede trasladarse fácilmente de un sitio a otro.

•

La alta mecanización y los múltiples frentes permiten una alta productividad y bajos costos unitarios (US$/t).

•

La ventilación es buena en este sistema.

•

La seguridad para el trabajador es mejor (control de techos).


DESVENTAJAS DEL METODO


•

El sostenimiento activo de los techos se hace para periodos prolongados de tiempo, lo que podría tender a fallar.

•

Si falla el sostenimiento, la explotación empezara a tener mas dificultades para operar y puede convertirse en un serio problema de seguridad.

•

Si las condiciones del terreno cambian a uno de menor calidad y competencia, el método se vuelve altamente costoso y con el riesgo extremo de fallar completamente.


DESVENTAJAS DEL METODO

•

La aplicación del método en minas muy profundas, implica que la carga litoestática se incrementa sobre los pilares y el tamaño de estos puede ser mayor y dejar más mineral, haciendo el método antieconómico, al tener menor recuperación.

•

La operación podría requerir un alto costo de capital para el equipamiento; pero este es compensado con menores costos de operación ($/t).

•

A medida que se incrementa el tamaño de las cámaras la caída de rocas puede causar un mayor daño (a equipos o personas).


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