REGIONAL BOYACA
DESARROLLO Y PREPARACION DE MINAS A CIELO ABIERTO
TECNICO PROFESIONAL EN MINERIA A CIELO ABIERTO
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA CENTRO NACIONAL MINERO 2001
DESARROLLO Y PREPARACION DE MINAS A CIELO ABIERTO
1. TIPOS DE YACIMIENTOS MINERALES INTRODUCCION
Los yacimientos minerales pueden clasificarse de muy diferentes formas , en función del criterio que se elija para llevar a cabo la clasificación . los procesos geológicos que dan lugar a los yacimientos minerales no siempre son bien conocidos , por lo que establecer una clasificación ideal resulta un objetivo utópico . De ahí la gran variedad de clasificaciones, muchas de las cuales tratan únicamente, de buscar un parámetro lógico que permita pasar revista a los diferentes tipos de yacimientos presentes en la naturaleza. A continuación continuación podemos tener encuenta criterios como parámetros para clasificarlos: El proceso geológico mas importante en su génesis Criterios economico-geológicos emplazamiento El mecanismo de emplazamiento La litología de la roca encajante El origen de los metales Las edades relativas del yacimiento Los procesos generadores de yacimientos , y los propios depósitos minerales, están fuertemente ligados a determinadas asociaciones de rocas , ambientes geológicos y ciclos geológicos que, en general son relativamente bien conocidos. Desde las partes mas profundas de la corteza terrestre , los magmas van ascendiendo , cristalizándose cristalizándose las fases minerales m inerales por enfriamiento del magma al ir acercándose éste a la superficie . Una expresión superficial de este magnetismo es la intensa actividad volcánica que se puede observar en determinadas zonas de la tierra. Corresponden a yacimientos concordantes , el cual presentan una distribución armónica o homogénea en los respaldos o rocas acompañantes , el techo y el piso son bien definidos . Las vetas corresponden a mineralizaciones mineralizacio nes de poco espesor y esta asociada a acumulación de minerales de filón ej.Oro. Los mantos corresponden a capas de mineral o material beneficiable de espesores entre 1 a 2 m y en ciertos casos hasta 3 m y de considerable extensión en el rumbo. 1.1 Mantos o vetas:
Se determina en forma precisa el techo y piso, especialmente en yacimientos sedimentarios, sedimentarios, ej, Carbón, yeso, fosfatos.
DESARROLLO Y PREPARACION DE MINAS A CIELO ABIERTO
1. TIPOS DE YACIMIENTOS MINERALES INTRODUCCION
Los yacimientos minerales pueden clasificarse de muy diferentes formas , en función del criterio que se elija para llevar a cabo la clasificación . los procesos geológicos que dan lugar a los yacimientos minerales no siempre son bien conocidos , por lo que establecer una clasificación ideal resulta un objetivo utópico . De ahí la gran variedad de clasificaciones, muchas de las cuales tratan únicamente, de buscar un parámetro lógico que permita pasar revista a los diferentes tipos de yacimientos presentes en la naturaleza. A continuación continuación podemos tener encuenta criterios como parámetros para clasificarlos: El proceso geológico mas importante en su génesis Criterios economico-geológicos emplazamiento El mecanismo de emplazamiento La litología de la roca encajante El origen de los metales Las edades relativas del yacimiento Los procesos generadores de yacimientos , y los propios depósitos minerales, están fuertemente ligados a determinadas asociaciones de rocas , ambientes geológicos y ciclos geológicos que, en general son relativamente bien conocidos. Desde las partes mas profundas de la corteza terrestre , los magmas van ascendiendo , cristalizándose cristalizándose las fases minerales m inerales por enfriamiento del magma al ir acercándose éste a la superficie . Una expresión superficial de este magnetismo es la intensa actividad volcánica que se puede observar en determinadas zonas de la tierra. Corresponden a yacimientos concordantes , el cual presentan una distribución armónica o homogénea en los respaldos o rocas acompañantes , el techo y el piso son bien definidos . Las vetas corresponden a mineralizaciones mineralizacio nes de poco espesor y esta asociada a acumulación de minerales de filón ej.Oro. Los mantos corresponden a capas de mineral o material beneficiable de espesores entre 1 a 2 m y en ciertos casos hasta 3 m y de considerable extensión en el rumbo. 1.1 Mantos o vetas:
Se determina en forma precisa el techo y piso, especialmente en yacimientos sedimentarios, sedimentarios, ej, Carbón, yeso, fosfatos.
El banco define paquetes de minerales de gran espesor de 3 a varios metros ej,Caliza, Hierro. 1.2. Yacimientos Diseminados: Son yacimientos que contienen partículas pequeñas de mineral valioso aplicables a mineralizaciones de oro, plata, platino. Se encuentran en una forma discordante , desordenada o errática en la roca de caja , generalmente sin piso y techo definidos. 1.3. Masas o bolsadas: Es la parte de un deposito en la que los minerales valiosos , están tan concentrados que es posible su extracción . La mineralización rellena espacios vacíos o permeables de una superficie actual que casi siempre se extiende hacia abajo o hacia la roca encajante soluble. 1.4. Lentejones : Generalmente utilizado para describir un cuerpo mineralizado que es de gran espesor en el centro y aguzado en los extremos. 1.5. Yacimientos de placer: Son depósitos aluviales de arena que contiene minerales valiosos. El placer es el deposito mineral mas fácil de trabajar, en cual existe el oro en estado nativo, separado en parte de los demás minerales en lugares accesibles.
Esta condición de yacimiento ha permitido que tenga un alto rango de explotabilidad ya sea a nivel rudimentario o a gran escala. Debe entenderse por placer , el deposito de rocas fragmentadas sueltas, tales como arenas y gravas que contienen partículas de minerales valiosos como oro,platino que son explotables comercialmente. comercialmente. La explotabilidad de estos depósitos es resultado de un proceso de concentración que realiza la naturaleza de un modo lento, desgastando la superficie terrestre donde existen criaderos minerales. Los agentes principales que efectúan el transporte y el deposito son en primer grado el agua superficial en escala menor el hielo y el viento, siendo la gravedad especifica la propiedad física de los minerales que mas ayuda a realzar su concentración.
2. ESTIMACION DE RESERVAS
2.1 CLASES DE RESERVAS
2.1.1 Reservas Probadas: Son las reservas cuya extensión y calidad son conocidas, los limites se obtienen por medio de la geología y la calidad por medio de análisis de laboratorio , estas reservas se calculan para el proyecto de explotación y deben ser lo mas exactas posibles , sin embargo se dan limites de seguridad de un 10%.
2.1.2. Reservas probables Las reservas probables son aquellas cuya extensión y calidad son conocidas con interrupciones , los limites son probables, se calculan a partir de informaciones geológicas, interpolando o extrapolando dicha información , se constituyen en un punto de partida para el desarrollo de una posible mina.
2.1.3. Reservas posibles Las reservas posibles son las que obtienen por exploración entre grandes distancias con base en trabajos geológicos superficiales, son objeto de consideraciones económicas para tenerse en cuentan estudios de prefactibilidad para una minería futura.
3. METODOS DE CALCULO DE RESERVAS A. B. C. D.
Volumen Contornos Secciones Computador
A. VOLUMEN: El método de cuantificación por volumen se basa fundamentalmente en la asimilación de las formas de los yacimientos a las principales figuras geométricas: Esferas, conos, cilindros, paralelepipedos , pirámides , para lo cual se aplican las formulas de calculo de volumen aplicadas a estas figuras geométricas.
Ejemplo N° 1 FORMA CONICA
V = 1/3
π
2
.r .H 2
V= 3.1416 x 100
x70 /3
3
V= 733.040 m
El volumen multiplicado por la densidad nos da el peso 3
Suponiendo una densidad de 2.5 ton/m P= V x d 3
P= 733.040 m
3
x 2.5 ton/m
Ejemplo N° 2 FORMA CILÍNDRICA
V= π .r2. h V= 3.1416 x (15m) 2 x 45m V= 3.1416 x 225 m 2 x 45m V= 31.0808.7m 3 P= V x d P= 31.808.7 m 3 x 3.15 ton/m 3 P= 101.197.405 ton
Ejemplo N° 3 ESTRATO IRREGULAR
Cuando el estrato es irregular se siguen los siguientes pasos: a. Hallar el espesor promedio ( Ep) b. Se halla el área del techo o del piso por triangulación
5.0 + 6.0 + 3.5 + 4.0 +3.0 Ep = -----------------------------------5 Ep = 4.3 m Area techo o piso: Area Total ( At ) = A 1 + A2 + A3 + A 4 + A5 + A6 + A7 Asumimos para nuestro ejemplo un área total:
At = 5.000m
2
El volumen será: V= Area x Promedio de espesores
2
3
V= 5,000 m x 4.3 = 21.500 m
Si el mineral es carbón con d= 1.25 ton /m 3
3
3
P= 21.500 m x 1.25 ton /m = 26.875 ton
B. CALCULO POR CONTORNOS
La cuantificación por contornos no esta fundamentada en las curvas de nivel que puede tener un mineral en proyección horizontal, este método se aplica para cuantificar estéril a mover
2
2
2
2
2
V1 =Area ( C1 + C2 ) . H1 = ( 500 m + 400 m ) /2 = 900 m . 20 m /2 V1 = 9000 m
3
2
V2 = Area ( C2 +C3 ) . H = ( 400 m + 300 m ). 20 /2 = 700 m . 20 m /2
V2 = 7000 m
3
Siguiendo el mismo procedimiento calculamos V 3 y V4 V3 = 5500 m
3
3
V4 = 3000 m Volumen total = V1 + V2 + V 3
3
+ V4
3
3
Vt = 9000 m + 7000 m + 5500 m + 3000 m Vt = 24.700 m
3
3
Si : d = 4.5 ton / m
3
Peso = Vt x d 3
Peso = 24.700 m x 4.5 ton / m
3
Peso mineral = 110.250 ton
En la misma forma se puede hallar el calculo de estériles a mover de acuerdo a las líneas limites ( pared de corte )
C. CALCULO DE RESERVAS POR SECCIONES
El calculo de reservas por secciones es uno de los métodos mas utilizados en la cuantificación de reservas ya que permite el calculo simultaneo de mineral y
estéril para obtener comparativamente los radios de descapote finales de la mina. Para aplicar este método es necesario conocer : 1. 2. 3. 4.
Curvas de afloramiento Limites del yacimiento ( pared de corte ) Espesor promedio Longitud del estrato ( s ) en cada sección
CALCULO DE RESEVAS POR SECCIONES Calculo de reservas manto -------------------------------------
C. CALCULO DE RESERVAS POR COMPUTADOR
El calculo de reservas por computador se basa fundamentalmente en la prospección geofísica y la topografía, para poder utilizar el computador es necesario hacer programas a partir de la información obtenida por perforación con diamante y luego utilizar los registros eléctricos . Un programa de computador (Geoplan ) ha sido desarrollado para hacer menos complicados los cálculos manuales y hacer mas fácil la traducción de la información geofísica de perforaciones , procedimientos magnéticos o sísmicos en mapas de campo de gran ayuda para la interpretación geológica y el diseño minero. Además de hacer calculo de reservas muy eficientes , el computador puede hacer análisis geofísicos , diseño de curvas estructurales ( isopacas,isotenores) El calculo de reservas se basa en la integración de áreas o volúmenes, para lo cual es necesario hacer perforaciones muy cercanas para dar mas puntos. . También se utiliza el método de secciones las cuales son leídas por un planimetro digital , este programa se traduce en números por secciones en el computador .El programa realiza cálculos de mineral y estériles. Es necesario para cada punto dar las coordenadas Ejemplo punto 8
240 N , 320 E , 5260 ( cota de elevación ) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------
3.HIDROGEOLOGIA 3.1 Las aguas según origen, caudal y composición
Independientemente de la fuente que da origen a la aguas residuales estas se dividen en dos grandes grupos . ♣ ♣
Aguas alcalinas o con bajo potencial de solución y Aguas ácidas o con alto potencial de solubilización
Tipos de aguas mineras
♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣
CLASE Altamente ácidas Blandas, ligeramente ácidas Duras, neutras a alcalinas Blandas, alcalinas Muy salinas Blandas Acidas
pH 1.5-4.5 5.0-7.0 7.0-8.5 7.5-11 6.0-9.0 3.5- 5.5
El concepto desagüe en términos mineros comprende todas las cuestiones relacionadas con el entorpecimiento de las labores por los aflujos de agua , es decir las medidas y artificios que se emplean para mantener limpias las labores mineras, así como la preparación de la mina con vistas a su desagüe y elevación fuera de la misma.
3.1.1 Las precipitaciones Atmosféricas La cuantía de las precipitaciones atmosféricas varia según las zonas climáticas . Las cantidades que se precipitan anualmente varían notablemente . Las precipitaciones atmosféricas pertenecen a in ciclo constante , en el que toma parte además , las aguas subterráneas , los ríos , aguas de superficie y la evaporación.La cuantía del agua infiltrada depende de la naturaleza , cantidad e intensidad de las precipitaciones , del clima , de la inclinación y de la naturaleza de la superficie , y de la permeabilidad y saturación del suelo.
3.1.2. Las aguas subterráneas Las aguas subterráneas pueden proceder de las precipitaciones atmosféricas o de aguas que han penetrado en el interior de la corteza terrestre , y que se presentan en diversas formas , entre las cuales solo marecen considerarse desde el punto de vista del minero las aguas freaticas , las aguas de las grietas , las aguas profundas y las aguas de cavernas subterráneas. Mientras que las aguas freaticas , que después de penetrar en la tierra deberían llamarse mejor manto freatico , se introducen regularmente formando extensiones horizontales dentro de capas porosas y permeables después de haber subdividido durante la filtración en cantidad mayor o menor recorriendo toda la capa . Esta
agua tienen cierto desnivel en relación con el mar , y por tanto, se mueven libremente . Esta claro que la penetración de las aguas subterráneas depende de la clase y dirección de los movimientos tectónicos de la masa rocosa . Es importante para el laboreo de minas la subdivisión de los estratos en capas permeables e impermeables. Las permeables so aquellas que conducen el agua , llamadas capas conductoras , mientras las capas impermeables vecinas, superior e inferior, reciben el nombre de diques.La permeabilidad de las capas esta relacionada en muchos casos con su estructura porosa , ya que los huecos que se encuentran en la arena , grava, o cascajo , facilitan al agua una rápida penetración ofreciéndole espacio para ello.
3.1.3. Aguas freáticas y horizontes acuíferos El agua que se filtra se reúne sobre la primera capa impermeable y llena todos los espacios huecos hasta determinada altura , llamada nivel freatico que es por consiguiente , el primer nivel a que se encuentran las aguas , al realizar un sondeo. Al igual que las aguas superficiales . las profundas también se encuentran en movimiento , y fluyen (lentamente a causa de la resistencia ) a puntos situados a mayor profundidad , de donde pueden salir de nuevo al exterior en forma de manantiales por tajos o laderas. Este movimiento sólo toma parte el agua no capilar . La velocidad de las corrientes de agua freaticas depende de las pendientes y las resistencias que se oponen a su paso. La profundidad del nivel freatico depende de las condiciones climáticas y geológicas En términos mineros , las capas secas e impermeables , que pueden servir como diques de contención de agua , son, por ejemplo limos , arcillas, pizarras arcillosas y margas , así como casi todas las rocas cristalinas . Las capas impermeables son las predominantes
3.2 Permeabilidad y gradiente hidráulico La permeabilidad o conductividad hidráulica se puede definir como la propiedad del material que permite la filtración de fluidos a través de poros o huecos interconectados .
La ley más utilizada que regula , en una primera aproximación , el movimiento de las aguas subterráneas , ley de DARCY relaciona la velocidad media v del caudal de agua que fluye a través de una sección de suelo , con el gradiente hidráulico i ( es decir la relación entre la diferencia de carga hidráulica entre dos puntos de recorrido h, y la longitud de ese recorrido l ) y con una constante de proporcionalidad k, que recibe el nombre de coeficiente de permeabilidad. v= k.i k tiene las dimensiones de una velocidad dado que i es adimensional ( cm/ s ) Cuando se considera que las propiedades del fluido afectan el al flujo , el coeficiente de permeabilidad se puede expresar: k= K x q x g /
µ 2
donde : K es la impermeabilidad intrínseca ( cm ) q= densidad del flujo g= Aceleración debida a la gravedad y µ = la viscosidad del fluido Tabla : Coeficientes de permeabilidad para algunos tipos de suelos y rocas
Prácticamente impermeable
Baja descarga Mal drenaje
Alta descarga Drenaje libre
K (cm/s) -10 10 -9 10 -8 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10
Roca intacta ♣ Pizarra ♣ Dolomía ♣ Granito ♣ ♣
Caliza Arenisca
-2
10 -1 10 1 10 2 10
Roca fracturada
Suelo ♣ Arcilla homogénea bajo la zona meteorizada Juntas rellenas de ♣ Arenas muy arcilla finas , limos orgánicos e inorgánicos, mezclas de arena y arcilla , depósitos glaciares estratificados Roca diaclasada limpia ♣ Arena Roca con juntas de arena y abiertas grava Roca muy ♣ Grava limpia fracturada
Los factores que afectan el coeficiente de permeabilidad son: ♣ Forma y tamaño de las partículas del suelo ♣ La porosidad ( con la que esta en relación directa) ♣ Grado de saturación ( con el que esta en relación directa) 4.CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
4.1
Propiedades Mecánicas
En ingeniería se necesita saber como responden los materiales sólidos a fuerzas externas como la tensión, la flexión o la cizalladura . Los materiales sólidos responden a dichas fuerzas con una deformación elástica ( en la que el material vuelve a su tamaño y forma originales cuando se elimina la fuerza externa) , una deformación permanente o una fractura . Los efectos de una fuerza externa dependientes del tiempo son la plastodeformación y la fatiga. La tensión es una fuerza que tira , bajo tensión un material suele estirarse y recupera su longitud original si la fuerza no supera el limite elástico del material . Bajo tensiones mayores , el material no vuelve completamente a su situación original , y cuando la fuerza es aun mayor , se produce la ruptura del material. La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen . Cuando se somete un material a una fuerza de flexión , cizalladura o torsión , actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión . La plastodeformación es una deformación permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un material . Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformación . En muchos casos esta deformación lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa de la propia deformación. El conocimiento del esfuerzo de tensión , los limites elásticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformación y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería
4.2 Angulo de reposo
Es el valor limite por el cual el material descansa o rueda con su propio peso o definiéndolo de otra forma es el ángulo sobre el cual los materiales sueltos ruedan por su propio peso . Se mide con respecto a la horizontal . Se puede determinar con ayuda de la brújula o por relaciones trigonométricas
Y
h α
x tg α = y/x
α
= arc tg ( y/x)
si: X= 28 m ; y = 25m tgα= 25/28 = 0.89 α
= arc tg 0.89
α
= 41°
Utilidades del ángulo de reposo: Para determinar la inclinación den el diseño de taludes, en la labor de descapote y en la explotación minera. Para determinar las pendientes en los botaderos. El vertido por gravedad proporciona ángulos de reposo con coeficiente de seguridad próximo a 1. En rocas sedimentarias esos ángulos se aproximan a lo 37°, según el tipo de granulometria de los materiales. Por ello, y con el fin de garantizar las condiciones de estabilidad durante lluvias prolongadas , se recomienda mantener un talud general de unos 20°
5.METODOS PARA EL DESMONTE Y MANEJO DE MATERIALES En una mina de carbón a cielo abierto, la remoción del carbón y estéril debe hacerse tan económicamente como sea posible , puesto que ella representa el mayor costo unitario en el total de la operación minera . Para mover y/o transportar el máximo volumen de material , una maquina no solo debe operar continuamente , sino que cada movimiento debe estar coordinado con los demás a fin de realizar la máxima cantidad de trabajo útil al menor costo posible.
5.1 Métodos Empleados Son tantas las combinaciones posibles de equipos y tan variados los métodos a emplear , que es imposible mostrarlos todos en este módulo , por lo tanto nos limitaremos a aquellos que sean potencialmente aplicables.
Consideraciones sobre la selección de un método
Antes de decidirse por un método y un equipo especifico, es necesario definir ciertos aspectos concernientes a la geología , ambiente y características del yacimiento, y requisitos de producción entre las cuales están: Tamaño y forma del yacimiento θ θ Distribución de los mantos de carbón θ Naturaleza y caracteristicasdel estéril a remover θ Carácter e importancia de las estructuras geológicas θ Factores ambientales que pueden afectar al desempeño del equipo θ Vida útil del yacimiento y volumen de producción anual esperada θ Cálculos sobre la capacidad de transporte y distancia de acarreo θ Uso y asignación del equipo ( carbón / estéril ) θ Proximidad de las áreas para deposito de estéril y /o almacenamiento θ Necesidades de restauración De todos estos aspectos , centraremos nuestra atención en los siguientes , ya que usted estará directamente relacionado con ellos. θ θ θ θ
Naturaleza y características del material a remover Volúmenes de producción requeridas Costos de producción Distancia de acarreo
Como resumen , presentamos algunas de las características para diferentes equipos dependiendo de las condiciones de operación:
EQUIPO θ θ
Palas Eléctricas
θ
θ θ θ θ
Traíllas θ
CARACTERISTICAS Pueden alcanzar una gran producción Pueden manejar todo tipo de material , incluyendo bloque de gran tamaño Requieren equipo de soporte para el manejo de estéril , excepto en algunos sistemas de descapote. Están limitadas a condiciones de operación favorables Tienen una movilidad limitada Tienen una excelente movilidad Están limitadas al manejo de material suave y fácilmente rompible para obtener una buena producción , a pesar de que pueden manejar material triturado hasta 24’ Ordinariamente requieren de otra maquina que las ayude durante la operación de cargue
θ
Tractores
θ
θ
θ
Camiones
θ θ θ θ
θ
Bandas transportadoras
θ θ θ
θ
Por razones económicas están limitados al empuje de material por distancias no mayores de 100m , dependiendo de las condiciones de trabajo. Cuando son sobre llantas requieren de sitios de trabajo en buenas condiciones para minimizar los costos de estas Requieren buenas vías para minimizar los costos de llantas Pueden trabajar en pendientes moderadas Son económicos hasta un radio de operación de 5Km Son muy flexibles Pueden manejar materiales a granel y / o bloques Son transportadores de alta capacidad y bajo costo para grandes distancias de acarreo. Son difíciles y costosas de mover Tienen una alta inversión de capital inicial Pueden trabajar en pendientes hasta del 40% Requieren material bien gradado y pequeño para mantener una buena vida útil Tienen costos de mantenimiento altos
5.2 EMPUJE DE MATERIAL Entre todos los métodos para el manejo de materiales en minería, el mas económico es el de empujar el material , cuando esta labor se realiza en pendientes suaves favorables para un rendimiento adecuado de la maquinaria , y cuando se trata de distancias muy cortas. En muchas ocasiones esta operación implica el corte de material, lo cual hace que las condiciones de operación del método sean variables , especialmente si es necesario ejercer un estricto control sobre la calidad del material. Antes de tomar la decisión de empujar un material dado es importante analizar los siguientes factores:
1. Tamaño y forma de las partículas A medida que el tamaño de las partículas es mayor , la resistencia que el material opone a ser penetrado aumenta. Las partículas con bordes agudos presentan una mayor resistencia al rodamiento y por lo tanto requieren una mayor potencia para ser desplazados de un lugar a otro.
2.Vacíos
Unos pocos vacíos o la ausencia de ellos significa que las partículas individuales tienen la mayor parte de sus superficies en contacto ( o unidas si es el caso de material en banco) lo cual quiere decir que debemos romper un enlace). Un material bien gradado , con ausencia de vacíos , generalmente es pesado y más duro para remover desde su estado original.
3.Contenido de agua En la mayoría de los materiales , la falta de humedad incrementa el enlace entre partículas y hace que el material sea difícil de remover. Un alto contenido de humedad dificulta el manejo debido a que el material se hace pesado y requiere más fuerza para ser desplazado. La humedad optima reduce el polvo y ofrece mejores condiciones de trabajo y de comodidad al operador
4. Penetración de la cuchilla Un indicador de la capacidad de penetración de la cuchilla y de la capacidad de empuje , es la potencia en H:P. Por pie lineal de cuchilla . Cuanto mayor es esta relación mayor penetrabilidad tendrá la cuchilla y mayor capacidad potencial de transportar un material a una velocidad más alta.
5. Limitaciones del tractor El peso y potencia de una maquina determinan su capacidad de empuje. Ningún tractor podrá ejercer mas libras de empuje que aquellas que la maquina misma pesa y que su tren de potencia puede desarrollar , además , esta capacidad se ve disminuida en razón de las condiciones del terreno.
5.3 EQUIPOS UTILISADOS. 5.3.1 TRAÍLLAS Las traíllas son maquinas apropiadas para el manejo de materiales no consolidados que requieren poca o ninguna ruptura antes del cargue . Sin embargo, su uso se ha combinado con otros equipos para incrementar el rendimiento de operaciones de transporte , previa voladura o desgarre del material. Las traíllas empleadas en minería a cielo abierto , son de dos tipos básicos : ♣ ♣
Sobre ruedas Sobre orugas
La mayoría de los trabajos en los años recientes han sido realizados con traíllas sobre ruedas debido a las distancias que pueden cubrir, a su velocidad y a su
productividad. Las traíllas sobre orugas generalmente se emplean en pequeñas operaciones de descapote con distancias de acarreo cortas y en terrenos suaves donde las necesidades de acarreo son periódicas o a corto plazo. Las traíllas sobre ruedas tienen principal aplicación en las operaciones de descapote , aunque también se les usa ampliamente para el transporte en los procesos de beneficio de minerales y en la construcción de diques, presas y caminos Donde el material puede llevarse a las áreas de deposito por distancias cortas , como en el descapote de carbón , las grandes palas y dragalinas generalmente ofrecen la mayor productividad. 5.3.2 .DESGARRADORES
El desarrollo de tractores cada vez más grandes y potentes y el diseño y construcción de aceros especiales, han hecho que el uso del desgarrador sea cada vez mas popular bajo ciertas condiciones. En la actualidad existen métodos sísmicos que permiten una predicción más aproximada de la desgarrabilidad de un material dado A medida que progresan los métodos para desgarrar materiales , la metalurgia de los componentes y el diseño y potencia de los tractores , se obtiene mayor economía en los costos y más aplicaciones del desgarrador La ventaja de aplicar el método combinado de desgarrador y traílla, donde es aplicable es su versatilidad . Las mototraillas pueden moverse rápidamente dentro de su área y construir sus propios caminos y rampas. La operación eficiente del sistema depende principalmente de la habilidad del operador de la traílla , factor que debe considerarse cuando se inicie la operación. 5.3.3. CARGADORES FRONTALES
Básicamente , se utilizan dos tipos de cargadores en minería : ♣ ♣
Cargador sobre orugas y Cargador sobre ruedas
El primero es esencialmente una herramienta para excavación y se utiliza donde este es el propósito o donde se requiere estabilidad. El uso de cargadores sobre orugas es muy limitado universalmente El cargador frontal sobre ruedas , es una herramienta de cargue de alta velocidad y se utiliza para este fin en los sitios donde se requiere un alto grado de movimiento y versatilidad . El empleo de estos cargadores se ha incrementado rápidamente y debido a su durabilidad y tamaño , son asignados al manejo de materiales en pilas y al cargue primario.
5.3.4. METODO PALA CAMION La minería con palas y camiones requiere de una gran inversión de capital , pero a su vez , ofrece una mayor producción potencial para las compañías mineras. En la industria minera , los procedimiento y técnicas empleadas en la operación de palas y camiones son seleccionados en base a que estos son mas eficientes a largo plazo. La combinación pala camiones comúnmente se selecciona por una o más de las siguientes razones:
El material es una roca que se quiebra en pedazos angulares. El acceso al frente es limitado Las distancias de acarreo son cortas y con altas pendientes Se requiere extrema flexibilidad
5.3.5 . BANDAS TRANSPORTADORAS Las bandas transportadoras son equipos auxiliares apropiados para el manejo de grandes volúmenes de material , y han tenido un empleo exitoso en conjunto con dragalinas , traíllas, tractores, palas y excavadoras continuas. El desarrollo de bandas especiales para el transporte en pendientes y el uso de materiales más flexibles , han permitido ampliar el campo de aplicación de estos sistemas de transporte. El monto de la producción de la banda debe ser tal que justifique los costos de inversión y, en lo posible , debe realizarse un suministro continuo a la banda. El diseño , la selección y la operación de una banda transportadora requieren un estudio cuidadoso que se vera en el estudio del modulo Selección de Equipos en Minería
5.4. MEDIDAS DE SEGURIDAD Para el análisis de este ítem es importante , recurrir a la aplicación de la normalización mediante estándares relacionados con la operación de desmonte y empuje de materiales establecidos por la empresa.
5.4.1 Empuje de Material Con el objeto de establecer la forma mas segura y eficiente de hacerlo , se presentan las pautas que deben cumplirse: θ
Defina con una cepillada inicial el corte que se va a empujar para un fácil desplazamiento del tractor. El ancho de esta zona debe ser de un ancho y
θ
θ
θ
θ
θ
θ θ
medio de cuchilla 1 –1/2 ( como mínimo) para cada tractor trabajando en la zona de empuje. Varios tractoristas empujando material estéril deben respetarse cada uno su corte , sin invadirse su área individual de trabajo. Trate de reducir la distancia de empuje . Procure lograr una carga completa ( cuchilla llena ) , en una distancia de 10 a 15 m , comenzando el corte lo mas cerca del talud . retroceda el corte a medida que suavice la pendiente y pueda aprovechar la gravedadpara el empuje y caída del material. Al lado donde esta el carbón a la vista , se debe ir dejando un cordón de seguridad ( 1m ) para evitar una volteada de la maquina , al encontrar un desnivel fuerte en el empuje . Evite empujar el material estéril al área de cargue y / o llevar material a las orugas de la pala . Empuje en el sentido del buzamiento para lograr la distancia mínima de empuje Antes de retroceder, debe mirar hacia atrás girando su cuerpo Debe evitar meterse al radio de giro de la pala
El lado ciego del palero es el sitio de mayor riesgo para el tractorista en la labor de empuje. θ El tractorista debe abstenerse de llenar el cucharón de la pala RECUERDE:
Talud en el frente
Mantenga una berma alta en el borde del abismo , lo cual será empujada hacia abajo con el material estéril o carga que lleve el equipo , dejando este último material como berma. RECUERDE: Si el material es rocoso , el trabajo de escarificar el material se hace de espaldas al abismo θ Nunca empuje material más de 100m Al empujar material a una pala deténgase cuando la pala esta cargando de θ frente a su equipo. θ Cuando este haciendo labores de desmonte hágalo conforme a los procedimientos indicados en la técnica de operación de desmonte.
NOTA : ϖ ϖ ϖ ϖ
Tanto tractor como operador deben ser los más indicados para realizar operaciones en pendientes Antes de trabajar en pendientes debe verificar el nivel de aceite de motor y el tren de fuerza en un suelo horizontal Obedezca las señales de pare no importa quien las de Inicie su labor teniendo en cuenta las normas de la empresa y del fabricante , actualice constantemente sus conocimientos sobre las normas y cambios hechos sobre la maquina.
5.4.2 . Integridad física θ θ
θ θ θ
Debe evitar caminar trayectos largos Al hacerlo en la cresta o pata de un talud , guardar una distancia mínima de 10m aumentándola si hay grietas y /o fallas En tierra. Caminar siempre por el lado visible de los equipos Utilizar siempre chalecos reflexivos y lampara durante turnos nocturnos Debe tener sus miembros fuera de sitio que representen peligros para estos tales como:
Marcos de las puertas, correas del ventilador θ Cuando este lloviendo se debe permanecer lejos de voladura cargadas, equipos y áreas energizadas .Si la lluvia se presenta al arranque de turno, los operadores deben ser llevados a una linia de listo
5.4.3 Elementos de protección Personal PARTE CORPORALCOMPROMETIDA MEDIDA DE PROTECCION Debe proteger la cabeza con el casco CABEZA de seguridad en todo momento, dentro del área de la mina. Está en la obligación de proteger los OJOS ojos usando lentes de seguridad en to do momento dentro del área de la mina. Usar mascarillas para partículas de VIAS RESPIRATORIAS polvo y mascaras antigás en trabajos con material caliente o prendido Usar guantes comunes de cuero y MANOS dieléctricos , según la labor a realizar Proteger siempre sus oidos con tapones auditivos o protectores auditivos tipo campana previa prescripción medica. OIDOS SUGERENCIA: Mantener el volumen bajo en los pasacintas y radio de
PIES
comunicación , dentro de la cabina. Protegerlos en todo momento con botas de seguridad en buen estado y bien asegurados
6. DESCAPOTE El descapote es la primera operación en cualquier proyecto de minería a cielo abierto y la manera en la cual esto es planeado y llevado a cabo suministra una buena idea del carácter de la compañía . El descapote en general cubre todo trabajo necesario para exponer, la materia prima sana para la utilización . En esta etapa también se involucra el desalojo o remoción de la capa vegetal o del material estéril , antes de encontrar el afloramiento del material a explotar. 6.1 Procedimientos en la etapa de descapote ϖ
ϖ
ϖ ϖ ϖ ϖ
Trabajo preliminar, tal como el aparecer la tierra a la vista , limpieza, demolición desviaciones y restauraciones. Remoción de humus y su apilamiento / uso posterior. En cada banco debe ser lo suficientemente amplio para que el equipo de cargue y el de transporte puedan trabajar libremente . Los bancos están conectados unos a otros por medio de rampas o se deben realizar cunetas para el manejo de aguas. Descapote de la sobrecarga y descarga , utilización y tratamiento. Limpieza de la superficie de los depósitos. Instalaciones para drenaje, transporte y seguridad en área de trabajo. Cultivo de los montones de tierra y los bordes de la sobrecarga.
6.1.1.Humus Esto es el medio de cultivo viviente y activo para el reino vegetal desde el punto de vista de la ciencia de la agricultura. Puede ser regenerado y reproducido, pero los periodos de tiempo requerido para estos son muy largos.
Esta capa de la superficie tiene el mismo origen y los mismos materiales de base como la capa del material que cubre de materia prima. El humus de material de cubierta debe ser cuidadosamente tratado y salvaguardado , todo error en el tratamiento del humus significa un tiempo de regeneración adicional de por lo menos 2 años más.
El humus debe ser removido solamente durante la estación seca o cuando hiela ( pero sin cubierta de nieve ) . Los más convenientes emplean raspadores de autocarga para áreas muy grandes , hoja de empuje caterpilar de vía ancha y cargadores frontales en sitios pequeños o tierra irregular . El punto más importante para el manejo del humus es la preservación de la condición suelta . Si el humus es comprimido o triturado las condiciones de vida para los microorganismos son destruidas y ellos mueren.
6.1.2. Drenajes en el área de trabajo El drenaje en el área de trabajo debe ser reexaminado y satisfactoriamente resuelto para toda operación de descapote. Aún en las áreas existentes de trabajo el sistema entero de drenaje puede ser afectado considerablemente, o aun ser completamente desordenado , por un nuevo estado de descapote.
Funciones principales:
Salvaguardar el desarrollo de la mina ( carreteras, rampas, bermas de seguridad, plataformas de trabajo ) Prevención de la contaminación de materia prima Evitar los obstáculos en las operaciones en la mina y asegurar la limpieza en los sitios de trabajo.
El principio básico por consiguiente se refiere a que ninguna agua debe fluir sin ser chequeada en la zona de trabajo desde el terreno descapotado
6.2. Consideraciones generales en la etapa de descapote. El descapote normalmente ocasiona un incremento en la proporción de los costos de la materia prima . La optimización de este trabajo preliminar puede fomentar una contribución considerable a la reducción de los costos de operación . Varias reglas básicas han sido encontradas muy útiles a partir de la experiencia para un optimo descapote: θ No descapotar sin una planeación precisa. ( área de descapote, procesos de trabajo, , métodos y rutas de transporte, lugares de depósitos y de utilizaciones, drenaje, programa de realización ). θ El descapote debe ser empezado únicamente durante periodos secos. θ Todas las etapas de descapote deben ser completadas en una sola operación , si esto no es posible debe ser dividida en subétapas lo cual debe completarse en una sola operación. θ Todos los materiales deberían , si es posible ser manipulados una sola vez. Sin pilas de almacenamiento ni crestas provisionales.
θ
El trabajo de descapote es el equivalente a una estructura y debe ser planeada apropiadamente y competente y terminada de acuerdo con las practicas de trabajo
.
6.3.Consideraciones de diseño en el descapote θ
θ
θ
θ
θ
θ
La remoción de humus en cada banco debe ser lo suficientemente amplio para que el equipo de cargue y transporte puedan trabajar libremente . Los bancos deben estar conectados unos a otros por medio de rampas y se deben realizar cunetas para el manejo de aguas. En la parte baja de la mina , se construyen sumideros , cuya función principal es recoger todas las aguas provenientes de los bancos de explotación con el fin de poderlas evacuar por medio de bombas a un sitio fuera del área de explotación. El sistema de explotación se debe realizar por medio de terrazas , siguiendo niveles circulares, elípticos, cónicos dependiendo de la estructura del yacimiento. La altura de la terraza depende de la dureza de la roca y del equipo a utilizar en la perforación y en el cargue. El ancho de la terraza tendrá la medida necesaria para realizar el cargue y transporte del mineral arrancado.
6.4 Funciones en la etapa de descapote Función
Actividad θ θ
Desmonte
θ θ θ θ θ θ θ θ θ
Remoción de la capa vegetal
θ θ θ θ
Remoción de Estéril ( Mecánico )
θ θ θ θ θ θ θ θ
Remoción estéril ( Explosivos )
θ θ θ θ
Delimitar la zona a desmontar con elapoyo de topografía. Reconocer la zona para visualizar riesgos de personas y equipos. Suministrar al operador elementos de protección personal. Verificar y llevar control de trabajo. Tener un control sobre la maquinaria. Realizar informes de trabajo. Delimitar la zona Determinar el equipo a utilizar en la operación. Dar instrucciones correctas a los operadores. Controlar los ciclos de operación Verificar la calidad de la capa vegetal. Controlar el descargue de la capa vegetal en los sitios indicados Estar atento a cualquier daño en el equipo para su reporte a mantenimiento. Realizar informes Establecer método de arranque. Dar instrucciones precisas a los operadores Controlar la operación de desgarre del mat erial Controlar la operación de la excavadora Verificar cotas de nivel de los bancos Suministrar elementos de protección personal a los operadores Controlar malla de perforación. Supervisar el cargue de los barrenos Comprobar sistemas de conexión Verificar los sitios de bloqueo para la voladura Comprobar la efectividad de la voladura Escoger el equipo de cargue y acarreo necesario Realizar el informe correspondiente
7.0 DRENAJE 7.1 Objeto La planeación y el diseño de drenajes y desagües de la mina tiene por objeto garantizar la operación del equipo minero en todas las fases de explotación , sin inundaciones y sin menoscabo de su integridad y productividad , mediante la ejecución de las obras hidráulicas necesarias basadas en los parámetros pluviometricos de la región.
7.1 Planeación y diseño de drenajes La planeación y el diseño de drenajes y desagües de la mina se lleva a cabo a través de las siguientes etapas. θ θ θ θ θ
Planeación a largo plazo Plan mensual de drenajes Plan quincenal de proyectos civiles Previsión de embalses y torres de llenado para control de polvo Plan de preparación para época de invierno
Planeación a largo plazo : Con base en el plan de minería a largo plazo , se determinan las áreas aferentes de los futuros tajos , sus niveles mas profundos para sumideros y los niveles de descarga , con lo cual se estiman los equipos de bombeos y accesorios y prever oportunamente las necesidades de adquisición. Plan mensual de drenajes : Con base en el plan mensual , se determinan las obras de drenajes necesarias para permitir el avance del equipo minero en los diferentes tajos o niveles en cumplimiento de sus metas de producción . Se presenta en forma de esquema y una breve descripción. Plan quincenal de proyectos civiles : Consiste en la programación de obras de drenajes , y otros proyectos civiles en línea con los planes de minería para lo cual se organizan reuniones con los responsables de cada área , se ilustra sobre cada proyecto , se determina su prioridad , se le asignan los recursos y se establecen fechas de cumplimiento. Como resultado de la reunión se elabora y divulga un acta lo cual facilita el seguimiento de las acciones recomendadas. Diseños detallados de drenajes y desagües : En general, los proyectos requieren un diseño, localización en el campo, pero todos precisan de un
fundamento técnico para su justificación. El fundamento esta dado por los parámetros de diseño y las condiciones locales ( topografía, suelo y otros accidentes naturales o artificiales ).
Previsión de embalses y torres de llenado para control de polvo: Dentro del desarrollo sostenible de la operación , se tienen los compromisos de preservación del agua, el aire y la tierra. En lo que respecta al agua , se debe contar con embalses o lagunas de retención a los cuales se debe llevar el agua bombeada de la minería o la escorrentia de los botaderos , ante de verterlos a afluentes como los ríos.. En lo que atañe al aire se debe tener un programa de riego de vías para control de polvo, mediante torres de llenado abastecidas por los mencionados embalse o lagunas de retención. La localización y diseño de los embalses y torres de llenado es complemento del plan de drenajes y desagües de la mina.
Plan de preparación para invierno : En vísperas de cada temporada invernal , se prepara un plan de recomendación de acciones y obras de mantenimiento y construcción de drenajes que permitan afrontar los embalse de las lluvias con el mínimo impacto a la operación. Este plan en su concepción , es similar a cualquier otro plan mensual o trimestral , con la diferencia de que no depende tanto de los planes de minería sino del estado real de la mina en la época invernal.
7.2 DISEÑO DE CANALES El diseño de los canales se hace atendiendo el volumen de agua a recolectar en el área , para su construcción se utiliza las retoexcavadoras las cuales excavan el canal al pie de la pared alta , teniendo en cuenta el desnivel y la dirección hacia el sumidero . Los canales se construyen en base al estudio topográfico donde se determina el abscisado y las cotas , luego en proyectos civiles y drenajes se calcula la cota de fondo teniendo en cuenta las pendientes , el ancho del canal lo determina el ancho del cucharón del equipo. Los canales se construyen teniendo en cuenta los siguiente parámetros : • • •
• • •
3
Caudal a transportar ( Q ) , en m / seg. 2 Area del canal ( a ) , se calcula por tanteo y se da en m Velocidad ( v ) , en m/seg. Depende de la pendiente del canal , del radio hidráulico el cual depende de la forma y dimensión del canal , coeficiente de rugosidad depende del material en que este construido el canal.
Q = a.v La pendiente del canal no debe permitir sedimentación o erosión La velocidad mínima de agua no debe producir erosión.
Estándares para construcción de canales en las vías
• • • • •
Ancho del corredor vial ( 38 m ) Ancho de calzada o berma de trabajo ( 25 m ) Berma de protección ( 6.5 m ) Canales ( 6.5 m ) Pendientes ( de 0.1 a o.3% )
7.3 DISEÑO DE ALCANTARILLAS Las alcantarillas se utilizan para transportar agua a través de las vías de un mismo nivel teniendo en cuenta los siguientes parámetros • • •
Velocidad ( v ) , en m/seg. , puede ser mínima o máxima dependiendo el caso. 3 Caudal a transportar ( Q ) , en m / min. 2 Sección hidráulica de la tubería ( A ) , en m
•
Pendiente de la red de alcantarilla en %
Q = A.V. 60 En el plan de preparación de invierno cual se hace trimestralmente, se realiza un cronograma para la construcción de canales, cunetas, alcantarillas, vías, movimientos de cables eléctricos y sumideros. Orientación del drenaje: La orientación de los drenajes se hace en base al levantamiento topográfico de la línea de drenaje sobre la cual proyectos civiles y drenajes diseña el canal con la orientación respectiva hacia el sumidero que se encuentra el punto mas bajo. 7.4 SUMIDEROS Son estanques de almacenamiento de agua que se mantienen durante el periodo de bombeo y explotación de varios niveles . Se calculan teniendo en cuenta el volumen de agua a recolectar por día y el periodo de bombeo. El lugar de construcción del sumidero lo determina proyectos civiles y drenajes . Atendiendo el plan de preparación de invierno y el plan minero emanado de planeación teniendo en cuenta los siguientes factores: θ
θ
θ
θ θ
El plan minero determinara los niveles donde van a llegar las palas a operar en las diferentes áreas de la mina. Delimitación del pit , encontrar áreas aferentes en nivele para la recolección de las aguas lluvias. Se calculan los volúmenes a recolectar en cada área aferente , teniendo en cuenta el área y el volumen de pluviosidad diario en tiempo de invierno. Cantidad y tipos de bombas a utilizar Las dimensiones del sumidero dependen del volumen a almacenar, periodo de duración de las palas en los niveles a drenar y del área disponible para su construcción.
Cálculos Qt = C.I.A 3
Qt = Caudal recolectado en m / día C = Coeficiente de escorrentia ( se toma =1 ) I = Intensidad pluviometrica en m/día A= Area aferente en m 7.5.BOMBEO
2
Proyectos y drenajes recomienda: θ θ θ
Tipos de bombas Diámetro de la tubería y Numero de bombas a utilizar para evacuar el volumen de agua en el tiempo previsto, ya que es de gran importancia mantener seco los niveles donde opera la pala.
La escogencia de la bomba se hace según inventario de bombas, teniendo en cuenta los siguientes parámetros: ♦ Presión requerida ( p.s.i ) , esta determinada por la cabeza dinámica. ♦ Caudal ( g.p.m ) . Es el calculado en el bombeo ♦ Voltaje (V ) ♦ Amperaje ( A ) ♦ Cable eléctrico a utilizar ♦ Diámetro de la tubería de descarga, este diámetro se aumenta para reducir perdidas
8. VIAS Y BERMAS 8.1 Características El diseño , la construcción y el mantenimiento de las vías y bermas en minería a cielo abierto , tienen como finalidad alojar un volumen dado de vehículos en un tiempo determinado , la capacidad se puede ver afectada por los factores de ancho del carril, obstrucciones laterales, condiciones de las bermas porcentaje de vehículos lentos , alineamiento horizontal y vertical.
8.2. definición de parámetros de diseño de vías • • • • • • •
Bermas Bombeo Capacidad de una vía Cunetas Curvas horizontales Curvas verticales Distancia de visibilidad ( Dv )
8.3. Clasificación de las vías • • • • •
De acuerdo con el servicio ( vías de acarreo y vías auxiliares ) De acuerdo con su vida útil Vías de clase A Vías de clase B Vías de clase C
8.4 . Definición de parámetros de diseño • • • • •
Distancia de visibilidad de frenado ( Dvf ) Distancia de visibilidad de paso ( Dvp ) Pendientes, peraltes Vehículo de diseño ( Td ) Velocidad de diseño (Vd )
8.5. Diseño de vías en pilas de carbón Rampas Vías de circulación ¬ Taludes y crestas ¬ Tipos de apilamiento ¬ Botadero ¬ 8.6. Estándares de vías ¬
