CFT.LUIS ALBERTO VERA
09 de julio 2014
ILLAPEL
Principales parámetros geométricos en el diseño de explotación a cielo abierto
Nombe! "#$iel Puj#do V#le%&# C#m'o% "o(e$)e! *il)o$ Ri+e# INTRO"UCCION INTRO"UCCIO N A LA *INERIA
INTRODUCCIÓN El diseño de una mina a cielo abierto se realiza dependiendo de diversos factores como lo son la forma geométrica del cuerpo mineral, la distribución del mineral dentro del cuerpo , la topografía de la zona, el máximo talud permisible de acuerdo a la consistencia de la roca, etc. Un rajo se construen con un determinado ángulo de talud, bancos bermas en las !ue se realiza el transporte el carguío de los camiones. Este tipo de extracción se utiliza cuando los acimientos presentan una forma regular están ubicados en la superficie o cerca de ésta, de manera !ue el material estéril !ue lo cubre pueda ser retirado a un costo tal !ue pueda ser absorbido por la explotación de la porción mineralizada. "as bermas deben tener un anc#o tal !ue permita !ue se crucen dos camiones el movimiento de las má!uinas de carguío. El rajo se va construendo en avances sucesivos, lateralmente en profundidad. $ medida !ue se va profundizando en la mina, se re!uiere ir ensanc#ándola para mantener la estabilidad de sus paredes. %e este modo, se genera una especie de anfiteatro escalonado con caminos inclinados especialmente diseñados para el tránsito de los e!uipos, cua forma es dinámica a !ue va cambiando a medida !ue progresa la explotación. "a estabilidad de los taludes de una mina es particularmente crítica, a !ue de eso depende la seguridad de la operación siendo, además, parte importante de la rentabilidad del negocio. &ara ello, se establecen los siguientes parámetros geométricos'
Banco: (ada banco corresponde a uno de los #orizontes mediante los cuales se extrae el mineral. El banco se va cortando por el #orizonte inferior, es decir #acia abajo, generando una superficie escalonada o pared del rajo. El espesor de estos #orizontes es la altura de banco, la !ue generalmente mide de )* a )+ m. Berma' Es la franja de la cara #orizontal de un banco, como un borde, !ue se deja especialmente para detener los derrames de material !ue se puedan producir al interior del rajo. u anc#o varía entre + )- m. El talud o pared de la mina es el plano inclinado !ue se forma por la sucesión de las caras verticales de los bancos las bermas respectivas. Este plano presenta una inclinación de /0 a /+0 con respecto a la #orizontal, dependiendo de la calidad geotécnica 1dureza, fracturamiento, alteración, presencia de agua2 de las rocas !ue conforman el talud.
Rampa: es el camino en pendiente !ue permite el tránsito de e!uipos desde la superficie a los diferentes bancos en extracción. 3iene un anc#o 4til de -/ m, de manera de permitir la circulación segura de camiones de gran tonelaje en ambos sentidos.
(riterios operativos
$ltura del banco' se establece a partir de las características de los e!uipos de &567 (53 del macizo rocoso $nc#o de la plataforma de trabajo' se define como anc#ura mínima, la suma de espacios necesarios para el movimiento de la ma!uinaria !ue trabaja en ellos, simultáneamente. $ngulo de inclinación del banco' función del tipo de roca de la altura del banco previamente definida 8ermas de seguridad' empleadas como áreas de protección al detener almacenar los materiales desprendidos de bancos superiores
&istas rampas' condicionadas por la geometría del acimiento la secuencia de explotación aplicada, normas de seguridad
DISEÑO DE ACCESOS Y PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE UNA MINA A CIELO ABIERTO %entro de las actividades permanentes en una explotación minera se encuentra la construcción o #abilitación de accesos. En un rajo abierto 1 también en una cantera2, se re!uiere ir coordinando la ejecución de las actividades productivas diarias con la ejecución de las actividades !ue dicen relación con esta construcción de accesos, las cuales tendrán !ue satisfacer las siguientes restricciones' ). %ebe permitir el acceso libre seguro a la zona determinada. -. %ebe permitir el acceso a tiempo a la zona determinada, de acuerdo al programa de producción. *. %ebe cumplir con las restricciones geométricas de los e!uipos las actividades.
. %ebe cumplir con las restricciones geomecánicas del sector. /. %ebe permitir la extracción de todo el material relacionado con el sector. 9. %ebe permitir la realización de actividades paralelas en completa seguridad. (omo vemos no es tan sencillo acceder a un sector, especialmente en condiciones en !ue se realizan variadas actividades en el mismo sector 1tránsito de ve#ículos, e!uipos operando, etc.2, por lo !ue dic#a tarea deberá programarse de tal modo de !ue se genere el menor impacto negativo en el resto de la operación, considerando !ue es una actividad clave dentro de la operación misma. %entro de esta actividad participan los e!uipos de servicios mina, aun!ue a veces se re!uiere de la participación de los e!uipos productivos 1perforación, tronadura, carguío transporte2 para realizar movimientos específicos de materiales. (omo #emos dic#o en el punto * , la construcción los accesos deberá cumplir con restricciones geométricas geomecánicas, de modo de garantizar !ue los e!uipos !ue por ellos circulen lo #agan en condiciones adecuadas a su operación, evitando el deterioro prematuro de los e!uipos los accidentes. En lo !ue respecta a la geomecánica podemos mencionar !ue los accesos #abilitados deberán regirse por las restricciones geomecánicas de la mina, a !ue deben estar exentos de cual!uier riesgo de inestabilidad. %entro de la geometría de los accesos podemos destacar' : $nc#o de 8ermas. : $nc#o de (unetas. : &endiente. : ;ngulo de la pared del camino 1corte o relleno2.
&ara la explotación de un rajo abierto se puede observar !ue los accesos 1rampas o accesos específicos2 se visualizan de la siguiente manera'
En cambio en una explotación tipo cantera se tiene lo siguiente'
En puntos específicos, donde se re!uiere acceder a más de un banco, el acceso deberá cumplir con la siguiente configuración para lograr su objetivo'
&ara el diseño de una rampa debemos considerar los siguientes datos, tomando en cuenta !ue una rampa se compone de varios tramos !ue no necesariamente tendrán las mismas características'
P! = &endiente del tramo i 1>2. C!"# $ C! = %iferencia de (ota del tramo i 1metros2. A! = $nc#o del tramo i 1metros2. R! = ?adios de (urvatura en el tramo i 1metros2. Lr! = "ongitud real del tramo i 1metros2, es la !ue deben recorrer los e!uipos. La! = "ongitud aparente del tramo i 1metros2, es la !ue se ve en el plano. "a pendiente, el anc#o los radios de curvatura de cada tramo deben ser tal !ue los e!uipos !ue circulen por la rampa puedan alcanzar sus rendimientos productivos sin sufrir deterioros en su funcionamiento o estructura ni riesgos en la operación. "a diferencia de cota de cada tramo por lo general resulta de la diferencia de cota de un banco el siguiente, es decir la altura de bancos, a menos !ue se trate de un banco sin pendiente en el cual la diferencia de cota es cero.
"a longitud final de la rampa resultará de la suma de las longitudes reales de todos los tramos. ?adios de (urvatura en pendiente su componente plana'
En una vista en planta se puede apreciar el rajo con sus rampas accesos de la siguiente forma'
"a materialización de la rampa en el diseño de un rajo puede realizarse' a2 %esde abajo #acia arriba, es decir tomando como punto de partida la pata del banco más profundo, lo !ue generaría una extracción extra de material al ampliarse el rajo o ensanc#arse más los bancos superiores 1 Co)e2. b2 %esde arriba #acia abajo, es decir tomando como punto de partida la pata del banco más alto, lo !ue produciría un ac#icamiento del 4ltimo banco, es decir puede !ue !ueden blo!ues sin extraer o #asta uno o más bancos sin explotar 1 Relle$o2. c2 3omando como referencia un banco intermedio, lo cual produciría un ac#icamiento menor en los 4ltimos bancos un ensanc#amiento menor en los bancos superiores 1*i,)o2. En el 4ltimo caso se puede adoptar alg4n criterio como elegir el banco con maor aporte de fino al proecto, o el !ue permita maximizar el flujo final del proecto, etc. %ebemos considerar !ue para la construcción de las rampas los accesos, debemos respetar las restricciones técnicas físicas de la explotación, es decir definir bien los lugares en !ue se realizarán dic#os accesos, donde no exista peligro de inestabilidad, entorpecimiento de la operación, etc., a !ue no podemos arriesgarnos a !ue por alg4n siniestro geomecánico !uede nuestra mina aislada con compromiso de pérdida de e!uipos, producción lo más importante vidas #umanas. "as diferentes formas de generar los accesos se pueden es!uematizar de la siguiente forma'
ÁNGULOS DE TALUD EN E%PLOTACIONES A CIELO ABIERTO in duda uno de los parámetros geométricos más significativos en la explotación de un rajo son los ángulos de talud, a !ue en la explotación misma una de las restricciones operacionales más relevantes es garantizar la estabilidad de cada uno de los sectores comprometidos, para lo cual se re!uiere mantener una geometría de diseño óptima, es decir !ue permita un máximo beneficio económico en función de un mínimo factor de riesgo de !ue ocurra alg4n siniestro geomecánico. "os ángulos de talud con !ue se trabaja en una explotación son' : -$ulo de T#lud de l# '#ed del B#$(o! ?epresenta la inclinación con !ue !ueda la pared del banco. Este ángulo se mide desde la pata del banco a su propia cresta. : -$ulo de T#lud I$)e #m'#%! ?epresenta la inclinación con !ue !ueda el conjunto de bancos !ue se sit4an entre una rampa la rampa consecutiva. Este ángulo se mide desde la pata del banco superior donde se encuentra una rampa #asta la cresta del banco donde se encuentra la otra rampa. : -$ulo de T#lud de u$ (o$ju$)o de b#$(o%! ?epresenta la inclinación con !ue !ueda un grupo de bancos sin existir entre ellos alguna diferencia geométrica importante. Este ángulo se mide desde la pata del banco más profundo #asta la cresta del banco de cota maor. : -$ulo de T#lud O+e#ll! ?epresenta el ángulo de inclinación con !ue !ueda la pared final del rajo, incluendo todas las singularidades geométricas existentes. Este ángulo se mide desde la pata del banco más profundo #asta la cresta del banco más alto de la explotación. (abe destacar !ue existen dos formas distintas de medir los ángulos de talud. Una de ellas es la descrita en los casos anteriores 1de pata a cresta2 la otra es medir desde pata a pata dic#os ángulos. En geomecánica se utiliza la primera forma en planificación se utiliza la segunda. "o importante es !ue de una u otra forma con !ue sean medidos dic#os ángulos, la información manejada de un punto a otro sea co#erente no se cometan errores !ue puedan significar la ocurrencia de alg4n incidente perjudicial para la operación, planificación @o seguridad de la explotación. %ebemos destacar !ue como el ángulo de talud restringe nuestra explotación, su variación 1por pe!ueña !ue sea2 generará dos efectos directos'
: (ambios en la estabilidad del talud la explotación.
: (ambios en los beneficios económicos de la explotación. $l aumentar el ángulo de talud se disminue la cantidad de estéril a remover para la extracción de la misma cantidad de mineral, e incluso se podría acceder a la extracción de otras reservas minerales las !ue antes no era posible extraer. Esto genera un aumento en los beneficios económicos de la explotación. $#ora bien, este incremento del ángulo de talud solamente será viable en el caso !ue las condiciones geomecánicas lo permitan.
&uede darse el caso contrario, !ue debido a nueva información geomecánica sea necesario bajar el ángulo de talud, generándose una maor cantidad de estéril a remover una menor cantidad de mineral a extraer.
En resumen, los efectos del cambio en el ángulo de talud, se ven claramente reflejados en la relación Estéril : Aineral de la explotación, puede significar la no viabilidad del proecto, por lo !ue la información relacionada con nuestro ángulo de talud debe ser lo más confiable posible.
Bo necesariamente tendrá !ue existir un ángulo de talud 4nico, sino !ue dependiendo de las rocas presentes, estructuras, orientaciones, etc., podrá existir más de un ángulo de talud óptimo en distintos sectores de la mina.
"a zanja se construe con el fin de canalizar las aguas de drenaje. $l no canalizar dic#as aguas se corre el riesgo de !ue estas dañen corten los caminos. "as zanjas por lo general tienen un anc#o de ) metro por una profundidad de /C centímetros, lo cual dependerá de las condiciones de drenaje de la zona 1lluvias, escurrimientos superficiales o subterráneos2. "as cunetas tienen por objetivo detener o contener a los ve#ículos en caso de emergencia, por ello la cuneta !ue está #acia el rajo tendrá !ue ser más alta de modo !ue pueda detener efectivamente a cual!uier ve#ículo en una emergencia sin !ue caiga. (om4nmente se utiliza como altura de cuneta #acia el rajo la mitad del diámetro de las ruedas en los e!uipos !ue transitan en el camino 1camiones2. "o ideal es definir la altura considerando la pendiente del tramo, la resistencia a la rodadura, el tamaño de los e!uipos en lo posible tener de referencia una prueba empírica de la situación. "a distancia de seguridad considera el efecto visual !ue se produce al conducir un e!uipo de gran altura, lo cual #ace !ue el conductor perciba los objetos a una distancia menor de la !ue en realidad se encuentran. Esta distancia de seguridad deberá ser maor a dic#a distancia de percepción.
"as bermas de seguridad o para la contención de derrames, se diseñan en función de la probabilidad de !ue ocurra alg4n siniestro geomecánico, como el desplazamiento de una cuña o volcamiento de roca 1seg4n sea el caso o la situación geomecánica2, por lo !ue será de muc#a importancia realizar un buen estudio de dic#a probabilidad, a !ue el ángulo de talud final de la zona estudiada depende de la longitud de berma recomendada. %ebemos recordar !ue el anc#o de bermas no necesariamente será uno en todo el rajo, sino !ue dependerá de las condiciones características geomecánicas de cada sector.
ANC&O M'NIMO DE OPERACIÓN (PER)ORACIÓN* CARGU'O Y TRANSPORTE+: &ara la perforación podemos notar !ue el anc#o mínimo de operación está dado por el área sometida a la perforación más un anc#o necesario para el tránsito de los e!uipos ligados a la tarea de perforación tronadura. &or lo general esta área es cubierta o satisfec#a por los otros parámetros geométricos 1por ejemplo el anc#o mínimo de carguío2.
&ara el carguío se define el anc#o mínimo de carguío como'
Anc,o m-n!mo .e Car/0-o 1 BS " DS " 23 4 Ac " 5 4 RGc " 23 4 Ac " DS " DD Anc,o m-n!mo .e Car/0-o 1 BS " 5 4 DS " Ac " 5 4 RGc " DD BS = 8aranda de seguridad. Ac = $nc#o del camión. DS = %istancia de eguridad. RGc = ?adio de Diro del e!uipo de carguío o radio mínimo de operación. DD = %errames.
%ebemos considerar !ue para cada caso #abrá !ue calcular el área necesaria para !ue operen los e!uipos. &ara el transporte el área mínima de operación corresponde al área en !ue el camión puede realizar sus maniobras sin problemas en forma segura. Esta área re!uiere disponer de las dimensiones físicas de operación del e!uipo.
ANC&O MÁ%IMO DE E%PANSIÓN: En el caso !ue se deba realizar una expansión de un banco paralelamente con la expansión de un banco inferior, se debe considerar !ue los e!uipos puedan efectivamente operar después de la tronadura, por lo !ue se debe definir un anc#o mínimo de expansión.
Conc607!8n El diseño geométrico de una construcción a cielo abierto se basa en algunos parámetros mu importantes a considerar como lo son' $ltura del banco $nc#o de la plataforma de trabajo $ngulo de inclinación del banco 8ermas de seguridad &istas rampas
(ada uno con sus medidas apropiadas para el trabajo en el !ue se les utilizará la ma!uinaria !ue se dispone para ello, se toma en cuenta también el camino de acarreo si de contara con el tránsito de camiones #acia ambos sentidos. Existen criterios operativos !ue son
6entajas bancos altos'
Aaor rendimiento en perforación, menos tiempos muertos, mas ton. por metro perforado. Aenos desplazamientos de e!uipo de (53 mejor rendimiento Aenor n4mero de bancos maor concentración eficiencia del e!uipo Aenos longitud de vías, caminos, menos inversión en infraestructura.
6entajas bancos pe!ueños'
Aejores condiciones de seguridad &ara el personal ma!uinaria. Aenos desviaciones en perforación mejor rendimiento en &56, mejor control en fragmentación, vibración onda de c#o!ue ?apidez en construcción de accesos Aejores condiciones para restaurar li!uidar taludes finales diseño de vías &unto de salida en el tajo, depende de la ubicación de planta @o escombreras B4mero de vías de acceso7 dan flexibilidad en la operación, pero pueden aumentar el coeficiente de destape, complicar el diseño, etc. %efinir si son internas o externas al tajo7 temporales o permanentes7 etc. 3ipo de trazado7 en espiral, zig:zag o mixtas B4mero de carriles de circulación7 una vía o doble vía 1tipo de e!uipos, normas de seguridad2 Dradientes medias por tramos, tanto favorables como desfavorables entido del tráfico
