UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS GEOLOGIA Y METALURGIA
DISEÑO Y METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEA
Ing. Wilfredo Rumaldo Neira
[email protected] RPM. 553528
CORTE Y RELLENO DESCENDENTE
ASPECTOS GENERALES 1. 2. 3. 4.
Tuvo su origen en Canadá El minado se realiza de arriba hacia abajo de los diferentes horizontes o pisos del mineral. Generalmente se aplica el relleno hidráulico cementado. La eficiencia se incrementa a medida que el uso de cemento aumenta; superando la velocidad de minado a los precios que ocasiona el cemento.
DESCRIPCION DEL METODO Consiste en romper el mineral en diferentes pisos y en sentido descendente. Después que un corte ha sido completamente extraído, se procede a rellenar el espacio dejado por la explotación, antes de empezar el nuevo corte en el piso inmediatamente inferior. Este relleno es el que va a ser el techo del nuevo tajeo. La rotura del mineral se ejecuta piso por piso, hasta terminar con el bloque, en el nivel inferior. El sistema consiste en la extracción del mineral por medio de frentes pilotos de 10 x 7 pies y su longitud fluctúa entre 120 a 150 pies según el cuerpo mineralizado, posteriormente se hace una nueva perforación en toda la longitud del tajo, o sea que cuando el desquinche llega a la losa superior ha alcanzado una sección adecuada, cada corte es independiente del otro, dejando un pilar que sirva de sostenimiento y luego una vez rellenado el tajeo se empieza a cortar los pilares y así sucesivamente se sigue el ciclo de minado. Es un método propio para la aplicación del relleno hidráulico.
APLICACIÓN DEL METODO 1. En vetas cuyo mineral y cajas sean suaves o inconsistentes, buzamiento superior a 65°, y cuya potencia sea de gran magnitud (cuerpos) 2. En cuerpos muy suaves, con una ley muy alta, porque el método es costoso, cuando el sistema de limpieza y relleno son mecanizados. 3. Aplicable en la recuperación de pilares. 4. Es un método propio para la aplicación del relleno hidráulico. 5. Presenta mejor seguridad y condiciones para el trabajador.
DESARROLLO Y PREPARACION La preparación para el método de corte y relleno descendente consiste en la construcción de las siguientes labores: - Galerías o cruceros. - Chut y caminos. - Sub nivel principal de extracción. - La rotura del nivel superior. - La preparación del Sill.
GALERÍAS O CRUCEROS.
Cuando se trata de vetas, el desarrollo se realiza fuera de veta, tanto del nivel superior como la inferior, denominándose cruceros o labores paralelas, los que van a servir de acceso, transporte, conducción de tuberías de aire, agua y relleno hidráulico cuya sección puede ser de 8' x 8' ó 7' x 8' (2.10 x 2.40 mts). En los cuerpos, las galerías se pueden construir en el centro del cuerpo o también fuera del cuerpo con las dimensiones ya conocidas, sólo que en el caso de las galerías se hará con sostenimientos de cuadros de madera o arcos de acero en toda la longitud de la labor.
CHIMENEA, CHUT Y CAMINO. Tanto en las labores paralelas, fuera del yacimiento como dentro del yacimiento, se perforan chimeneas con dos o tres compartimentos, sostenidos con cuadros de madera de 5' x 5'x 7', Las chimeneas pueden estar ubicadas en el centro o extremo del área de explotación, cuya distancia entre dos chimeneas oscila entre 40 a 80 metros dependiendo del diseño de minas. El Chut y camino va ser fundamental en la extracción del mineral, sirve para la ventilación y reconocimiento del cuerpo mineralizado, instalación de tuberías de agua y aire; cables eléctricos y tuberías de R/H. Sirve también para la evacuación del agua proveniente del relleno.
SUB NIVEL DE EXTRACCIÓN. A partir de la chimenea se construyen los subniveles de extracción, totalmente con cuadros standard para galerías con una longitud que depende del tipo de yacimiento o del diseño de minas; este subnivel es el que varía de dirección de acuerdo a las variantes del método de corte y relleno descendente. El subnivel de extracción va unir todos los paneles o tajeos y sirve para la, extracción del mineral proveniente de la explotación de los tajeos paneles. Este subnivel se construye para cada piso de explotación.
WINZE
En el límite de los tajos se debe preparar una chimenea auxiliar (Winze) para fines de ventilación y otros servicios.
RAMPAS
Se construyen rampas que intercomunican el nivel superior o de servicio con los horizontales de trabajo.
LA ROTURA DEL PRIMER PISO. A partir del subnivel de extracción se empieza la rotura del mineral de acuerdo al reticulado que se ha diseñado o al paneleo que se tiene. La rotura se va haciendo en retirada, primero se rompe el panel del fondo y se va retrocediendo en forma alternada hasta el echadero, de manera que cuando uno de los paneles de un flanco está en rotura, el panel del otro flanco debe estar rellenándose. El ancho y la altura del panel puede ser de 3 metros y su longitud es variable, dependiendo de la forma del cuerpo, de la veta o del diseño.
LA PREPARACIÓN DEL SILL Y/O RELLENO. La preparación para el relleno, se inicia cuando se ha terminado de limpiar el mineral de un panel. Se nivela el piso, se va tendiendo redondos de 8" de diámetro por 10 pies de longitud, en forma transversal al eje del panel y espaciados a 5 pies de cada redondo, Se levanta los caminos y echaderos y se entabla en forma transversal a los redondos con espaciamiento de 6”. También se entablan las paredes laterales. La entrada se cierra, con puntales y se entabla, finalmente se cubre con poliyute, para contener el Relleno Hidráulico. El relleno se realiza en dos etapas: 1- Se echa la mezcla rica en una proporción de 1:6 (cemento y agregado) hasta la tercera parte de la altura de la labor 1 metro (3') . 2- Se completa con una mezcla pobre 1:26, de 2 metros de altura. Luego se empieza a preparar el panel del otro flanco, que ya está limpiado y así sucesivamente, hasta completar todo el horizonte de explotación del nivel superior, incluido el nivel principal de extracción. Este es el Sill, que significa umbral o techo que debe resguardar o soportar todo el block de explotación.
EXPLOTACION La explotación se inicia luego de haber terminado la colocación de la losa, cuyo ciclo de minado comprende: la preparación del subnivel de explotación, la rotura de los paneles, la limpieza preparación para el relleno y el relleno total del piso de explotación.
SUB-NIVEL DE EXPLOTACIÓN.
A tres metros debajo de la loza de explotación se empieza a abrir el subnivel de explotación de 3 x 3 metros de sección, la longitud varía de acuerdo al diseño o al ancho del cuerpo o la veta. A medida que se avanza con la rotura se va colocando puntales de sostenimiento o postes en los extremos de los redondos que se han tendido en la etapa de relleno en el piso superior. La perforación se realiza con máquinas perforadoras Jacklegs, con mallas que varían de 14 a 18 taladros, dependiendo del tipo de terreno con distancias entre 2 a 3 pies y con barrenos de 5 o 6 pies de longitud. Se dispara con dinamita de 45%, con fulminantes No 6 y mechas de seguridad. La limpieza se realiza con winches de arrastre de 2 tamboras. Esta operación se procede hasta llegar al contacto o la longitud que se ha proyectado de acuerdo al diseño de minas.
Corte y Relleno descendente
LA ROTURA DE LOS PANELES. A partir del subnivel de explotación se empieza a romper uno de los paneles de un flanco, con trazos de perforación que se ha empleado en el subnivel de explotación, igualmente a medida que se avanza con la rotura se va sosteniendo los redondos dejados en el Sill, con puntales de sostenimiento que llevan plantillas en el piso, para que no se hunda el puntal en el terreno suave
Corte y Relleno descendente
1. Galería superior.- Rellenada con cuadros 3. Sill - primer piso rellenado completamente 5. Labores en explotación
2. Galería inferior 4. Labores en explotación 6. Labores en explotación
EXPLOTACION POR BANQUEO VERTICAL Winze RELLENO CEMENTADO 4 m.
Sostener con Split Sets
8 m. Taladros
Sobre perforación
Acceso Slot
CARGUIO Y VOLADURA Winze RELLENO CEMENTADO
Slot
Taladros cargados
VOLADURA Winze
RELLENO CEMENTADO
MINERAL DISPARADO 4 m. ACCESO
LIMPIEZA
Winze
RELLENO CEMENTADO Sostener con Split Sets
MINERAL DISPARADO
4 m. ACCESO Limpiar hasta dejar 4 m. de mineral roto
SOSTENIMIENTO
El sostenimiento esta constituido por la losa de concreto, los postes de redondos que se instalan debajo de las soleras del corte anterior y finalmente por la nueva losa de concreto, los postes las soleras y el relleno que va sobre la losa. La madera utilizada en el sostenimiento varia sus dimensiones de acuerdo a la magnitud de los paneles o pilares, los diámetros varían de 8” – 12”
PREPARACIÓN PARA EL RELLENO.
A medida que se va avanzando con la rotura y limpieza en el tajeo, se emplea dos tipos de sostenimiento. El sostenimiento provisional, constituido principalmente por la losa del piso de concreto del piso superior, y por los puntales que se van colocando debajo de los redondos que se han colocado, como cama del relleno del piso superior. El sostenimiento definitivo estará constituido por la loza de concreto que se rellena para el cual se procede de la siguiente manera: -Nivelación del tajeo de explotación. -Tendido de redondos a 5 pies de distancia si se trata de vetas se empotra en las cajas, luego se entablan. -Se cierra la entrada al tajeo por medio de redondos y luego se entabla o se enreja. - Se cubre o se forra la entrada y las paredes con poliyute, para contener el relleno y drenar el agua de percolación. - El tajeo está listo para ser rellenado.
VARIANTES DEL METODO Las variantes del método de CRD o UCF, se aplica unas en cuerpos y otras en vetas, las mismas que dependen de la correlación que hay entre el eje del subnivel de explotación o el eje del panel de explotación del piso inmediatamente superior. 1. VETAS ANGOSTAS. 2. RECUPERACION DE PILARES. 3. PANELES ALTERNOS 4. METODO MICHI.
CORTE Y RELLENO DESCENDENTE EN VETAS ANGOSTAS En esta variante los tajeos utilizan tanto en el subnivel de explotación o en el panel de explotación ejes con la misma dirección u orientación del piso inmediatamente superior, hasta la terminación del bloque o hasta el nivel inferior. Se emplea en la explotación de vetas angostas. Se utiliza: • Losa de cemento • Soleras de redondos • Postes.
CORTE Y RELLENO DESCENDENTE EN VETAS ANGOSTAS
CORTE Y RELLENO DESCENDENTE EN RECUPERACION DE PILARES Cuando se recupera pilares, además de los indicados para vetas angostas se puede utilizar vigas de madera de 6” a 8” de Φ x 10’ 4” o de tablones de 1 3/4” x 11 3/4” x 11’ unidos cada 5’ con planchas de acero de 14” x 16” x 5/16” de espesor sobre cada lado de las vigas unidos por cuatro pernos. E n la recuperación de pilares se presentan muchos casos como en el caso de cuerpos, para lo cual se indica en el gráfico con mayor detalle.
CORTE Y RELLENO DESCENDENTE EN RECUPERACION DE PILARES
C. y R. DESCENDENTE ALTERNO En esta variante para iniciar la rotura en el piso inmediatamente inferior, los ejes de los tajeos son desplazados paralelamente con respecto a los ejes del tajeo superior una distancia igual a la mitad del ancho del tajeo (50%), no hay superposición del eje de los tajeos, por ello cuando uno va avanzando con la rotura, en el techo va apareciendo la mitad de los redondos tendidos en el piso del relleno superior. Y cuando se ha terminado en toda la longitud del tajeo se apreciará en el techo dos lozas con sus respectivos redondos, trabajando en voladizo.
C. y R. DESCENDENTE ALTERNO
C. y R. DESCENDENTE ALTERNO
C.y R. DESCENDENTE CRUZADO O MICHI Se caracteriza porque para iniciar la rotura en el piso inferior, el eje del subnivel de explotación se desplaza en forma perpendicular al eje del subnivel de explotación del piso superior. Por ello en estos tajeos el sostenimiento provisional utiliza las lozas apoyadas en las paredes de los tajeos adyacentes. La loza trabaja como una viga perfectamente empotrada en ambos extremos o como un puente, con una luz igual al ancho del tajeo, apoyados en las paredes de los tajeos vecinos, por lo que ya no es necesario reforzar con redondos en la loza, ni con puntales de sostenimiento. Al terminar la explotación de un piso, se baja al nivel inferior girando nuevamente los ejes en 90 grados, de tal manera que dichos ejes y lozas siempre aparecen como vigas cruzadas en los techos de los nuevos tajeos de explotación
C.y R. DESCENDENTE CRUZADO O MICHI
VENTAJAS DEL C.y R. DESCENDENTE 1. La recuperación del mineral es alta, llega al 100%. 2. Poco consumo de madera en comparación con el square set. 3. La seguridad es relativamente buena, en Michi es mejor, ya que el techo de concreto es una losa que atraviesa como una viga en toda la extensión del tajeo. 4. Es altamente selectivo, lo que significa que se pueden trabajar secciones de alta ley y dejar aquellas zonas de baja ley sin explotar. 5. Poco consumo de explosivo por la suavidad del mineral. 6. Flexible y permite la mecanización. 7. Se adecua a yacimientos incompetentes.
con
propiedades
físicos
– mecánicas
DESVENTAJAS DEL C.y R. DESCENDENTE 1. La preparación es dificultosa y el avance es lento. 2. Bajo rendimiento por la paralización de la producción como consecuencia del relleno. 3. Es costoso por el gran consumo de cemento, madera y la labor diaria. 4. No se puede cambiar a otro método. 5. Costo de minado alto. 6. Consumo elevado de materiales de fortificación
APLICACIÓN DEL CORTE Y RELLENO DESCENDENTE EN EL PERÚ
CORTE Y RELLENO DESCENDENTE APLICADA EN LA PEQUEÑA MINERIA EN VETAS DE PLATA
MINA CARIDAD
CARACTERÍSTICAS GEOLOGICAS DEL YACIMIENTO
Formación Carlos Francisco de Casapalca; rocas intrusivas y gran numero de diques pegmatíticos. Esta formación posee un espesor de 600 a 700 m; hundido en un stock de rocas intrusivas. Rocas volcánicas. Los clavos de las partes empinadas de la vetas tienen mayor persistencia en el sentido vertical. La veta tiene una potencia promedio de 3 metros, con cajas definidas de buzamiento entre 80º a 85º. Sus principales minerales son: Ag, Cu, Pb y zn.
CONDICIONES DE APLICACIÓN
Yacimiento de potencia media (2.5-4.0m). Veta con mineral de alto contenido de Ag. Mineral y cajas bastante suaves, necesitándose sostenimiento artificial. Presencia de agua en los niveles inferiores, lo que hace difícil el sostenimiento.
PREPARACION PARA LA EXPLOTACIÓN
Preparación del Block (l prom. 80-100m). Preparación de Galerías Laterales (sobre cajas, acceso, trasporte de mineral, drenaje de agua, instalaciones de tuberías de agua y aire).La sección es de 8`x 8`, en nivel superior e inferior. Preparación de Galería sobre Veta (sobre mineral frágil y enmaderado en su totalidad, al mismo nivel de la galería lateral), es rellenado con mezcla (C-A 1:8) para realizar el primer corte. Preparación de Chimeneas Principales ( de extracción, se construyen fuera de la veta, la construcción en veta de estas labores es difícil) necesita enmaderado y sostenimiento elevado, lo cual incrementa los costos. Preparación de Cruceros; se construyen a partir de las chimeneas principales hacia la veta, siendo necesario el sostenimiento con madera en las zonas frágiles.
PROCEDIMIENTO DE EXPLOTACIÓN
Rotura (comprende la perforación y disparo en la veta a partir de la chimenea principal hacia uno de los extremos del tajo con taladros de 1.50m efectivos) Limpieza de Mineral (palas neumáticas y carros mineros de 35 pies3 sobre rieles portátiles Sostenimiento (losa de cemento y redondos de madera para el sostenimiento provisional) el sostenimiento final estará constituido por losas de concreto, soleras, puntales y relleno con estéril. Relleno:
Tendido de soleras a 1.50 de distancia. Recuperación de postes de madera Entablado (chimenea de extr. Y limite tajeo) Relleno de concreto (A-C 1:8) bombas hidroneumáticas y tuberías de 4”. Tiempo de fragua 8h, relleno final de tajeo con desmonte. Tiempo mínimo para nuevo acarreo 5 días.
PARAMETRO DE LOS TAJEOS
Ancho de minado : 2.50-3.00 m Altura del corte : 3.00 m Longitud del tajeo : 40.0-50.0 m Valor de dilución :1 t/h-guardia : 3.0 Recuperación de Ag (minado) : 100% Seguridad Factor de frecuencia : 20-30 Factor de severidad : 40-50
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE LA LOSA PARA LOS TAJEOS I = Ancho de Losa : 2.50 m <> 250 cm H= Altura de Losa : 1.00 m <> 100 cm Longitud de Losa : 40.00 m Densidad del Relleno : 2.08 t/m3 Densidad del relleno convencional: 1.75 t/m3 P1 = peso de la Losa 1m x 1m x 2.08 t/m3 = 2.08 t-m <> 2080 kg - m P2 = peso del relleno convencional 1m x 2m x 1.75 t/m3 = 3.50 t-m <> 3500 kg - m P = peso total P1 + P2 = 2080 + 3500 = 5580 kg - m
CORTE Y RELLENO DESCENDENTE MECANIZADO MÉTODO MICHI
MINA CERRO DE PASCO
CARACTERÍSTICAS GEOLOGICAS DEL YACIMIENTO
Se encuentra sobre roca piroclástica e intrusiva, sedimentaria. Y están en un amplio anticlinal de doble hundida. Podemos encontrar minerales de Pb-Zn, Cu-Ag y Ag (esfalerita, galena, pirrotita, enarguita, luzonita). Los minerales de cobre se precipitan en las vetas transversales convergentes dentro de las rocas volcánicas.
DESARROLLO Y PREPARACIÓN
Galería de trasporte En el NV. 1200 (galerías 12097-N, 12011-E y 12016E) Galerías adicionales paralelamente al proceso de mecanización (12107-N y 12059N). La sección es de 9` x 9`, la que proporciona la velocidad de trasporte necesaria. Galería de servicio; NV. 1000 (utilizada para la fluidez en la fase de servicios) y 10229-N y 1078E en construcción.
Chimenea de extracción Formadas
para las extracciones de los ex tajeos “arch back” construidos con cuadros de madera de 5 compartimientos y por otras recientemente construidas algunas por el método de raise borer. Las primeras chimeneas construidas no poseen la ubicación correcta por lo que se visto por conveniente realizar más chimeneas con la finalidad de optimizar los trabajos. Los criterios tomados para realizar la ubicación de las chimeneas son: el tonelaje a transportarse, la distancia de acarreo en los tajeos y la distancia en trasporte con las locomotoras.
Rampas Se
han construido rampas que comunican al nivel superior de servicios, con los horizontes de trabajo. Sirven para que los equipos salgan a mantenimiento y reparaciones mayores Se ubica fuera del terreno mineralizado y en terreno competente. Tienen una sección de 10`x 9`y una gradiente de 20%
EXPLOTACIÓN
Subniveles de Ataque (el relleno hidráulico se realiza reforzando en forma especial con redondos de 8” de diámetro por 12`de longitud. Tajeos (cuadros de madera de 10” x 10”, en lugares estrictamente necesarios, la sección de los tajeos de 14`x 14`y la longitud no sobrepasa los 150`.
Perforación: Mecanizada,
emplea jumbos de 2 brazos. Diámetro de taladros perforados : 1”3/4 Longitud de perforación : 10 pies Nº de taladros por frente (14´ x 14´) : 35 – 40 Frentes perforados en 1 guardia (min.) : 2 Los trazos utilizados son simples. Los taladros se espacian a cada 3´ y cuando es necesario se emplea un corte en cuña. Hace uso de explosivo convencional, ANFO, el que se carga con Jet-Anol-100 (cargador neumático), de 100Lb. De capacidad; además de dinamita de 60%.
Relleno Hidráulico Primera
losa de concreto con mezcla C-R 1:6. Segunda losa de concreto con mezcla C-R 1:20. El relleno se realiza a través de scooptram.
Ventilación Ventiladores
mecánicos
accionados
por
motores
eléctricos. Los ventiladores que transportan el aire de las vías principales al área son de 30000-60000 pies3/min. Los que conducen al sector de trabajo son de 5 pies3/min. De capacidad
Seguridad Permanente
capacitación y entrenamiento a los supervisores, operadores de equipos y demás obreros.
Eficiencia y Costos Método
Eficiencia tes/tar
Costo $/tes
Michi con Winches
10
4.6
Michi con palas cavo 310
12
3.6
Michi con SCOOP JC220E
20
3.1
Uder Cut and Fill
10
---
Arch Back
14
---
Block Kaving
20
---
CALCULO DE PERFORMANCE DEL JUMBO DE 2 BRAZOS Y UNIDADES REQUERIDAS
DATOS
Material Disparo por guardia Densidad suelta Guardia por día Fragmentación días por mes Sección del tajeo Disponibilidad mecánica Longitud de perforación Eficiencia de disparo Producción requerida
: mineral de Pb /Zn :2 : 0.09354 t/pie3 :2 : buena : 25 : 14´ x 14´ : 85% : 10´ : 0.8 : 30 000 t/mes
CÁLCULOS Volumen por disparo 14`x 14`x 10`x 0.8 = 1568 pie3 Tonelaje por disparo 1568 pie3 x 0.09354 t/pie3 = 146.6 <> 147 t Tonelaje por guardia 147 t x 2 = 294 t Tonelaje por día 294 t x 2 = 588 t Tonelaje por mes 588 t x 25 x 0.85 = 12495 <> 12 500 Nº de Jumbo 30 000/12 500 = 2.4 <> 3 unidades de jumbo.
CALCULO DE PERFORMANCE DE SCOOPTRAM ELECTRICO DE 2.2 YD³ Y UNIDADES REQUERIDAS
DATOS
Material : mineral Pb /Zn Disponibilidad Mecánica : 0.8 Capacidad de cuchara al ras : 1.86 yd3 ó 1.42 m3 Eficiencia de tiempo : 0.6 Velocidad de acarreo : 244 pie/min. Horas/guardia :8 Distancia de acarreo : 220 pies Guardia por día :2 Tiempo del ciclo : 329 min. Horas por mes : 400 Densidad suelta : 3 t/m3 Producción requerida : 30 000 t/mes Factor de carguío : 0.8 Producción a la fecha : 36611 t Total de horas operación a esa fecha : 1260.5
CÁLCULOS Toneladas por viaje 1.42 m x0.8 x 3 t/m3 = 3.42 t/viaje Nº de viajes por hora neta 60`/3.29` = 18.2 viajes/h Producción por hora neta 18.2 viajes/h x 3.42 t/viaje = 62.2 t/h Tiempo neto de operación por hora 60`x 0.60 x 0.8 = 28.8 min. Tiempo de viajes efectivos por hora 28.8`/3.29` = 8.75 viajes/h Producción efectiva por hora 8.75 x 3.42 t = 29.93 t Producción efectiva por mes (objetivo) 29.93 t x 400 = <> 12 000 t/mes Producción mensual bajo condiciones actuales 8 000 t ó 36 611/1260.5h = 29 t/h % actual del objetivo 29 t-h/29.93 t-h =97 % Nº de unidades requeridas 30 000 t-mes/12 t-mes = 2.5 <> 3 unidades.
VENTAJAS La recuperación es cercana al 100%. Es
altamente selectivo, lo que significa que se pueden trabajar secciones de alta ley y dejar aquellas zonas de baja ley sin explotar. Es un método seguro. Puede alcanzar un alto grado de mecanización . Se adecua a yacimientos con propiedades físicos – mecánicas incompetentes.
DESVENTAJAS Costo
de explotación elevado. Bajo rendimiento por la paralización de la producción como consecuencia del relleno. Consumo elevado de materiales de fortificación
