UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO – PUNO FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS X CONGRESO NACIONAL DE ESTUDIANTES DE INGENIERIA GEOLOGIA, M INAS Y METALURGIA – PIURA 2009 Tema del Proyecto:
“DISEÑO DE BOTADEROS DE DESMONTE Y CARRETERAS EN OPEN PIT USANDO MINESIGHT”
Presentado por:
RONI ALEXANDER COTRADO CAHUI
Dirección
: Av. Titicaca 477 Barrio Porteño – Puno
Correo Electrónico
:
[email protected]
1
INDICE Pag N° RESUMEN 1. INTRODUCCIÓN 2.- OBJETIVOS 2.1 Objetivo general 2.2. Objetivos específicos 3.- DESCRIPCION DE LAS HERRAMIENTAS Y FUNCIONES DEL MINESIGHT 3.1. Data Manager (Administrador de Datos) 3.2. Viewer (visualizador) 3.3. Funciones CAD (Computer Aidded Design) 3.4. Template Editor (Editor de Plantillas) 3.5. Point Editor (Editor de Puntos) 3.6. Extrude/Expand tool (Herramienta de extrusión/expansión) 3.7. Intersect Surfaces (Intersectar Superficies) 3.8. Intersect Solids (Intersectar Sólidos) 3.9. Volume Calculator (Calculador de Volumen) 4. BOTADEROS DE DESMONTE Y PISTAS 4.1. Botaderos de Desmonte 4.1.1. Estabilidad de Botaderos 4.1.2. Métodos de Construcción. 4.2. Pistas de Acarreo 4.2.1. Elementos del diseño geométrico 4.2.2. Velocidad de diseño 4.2.3. Distancia de parada y tiempo de reacción para frenado 4.2.4. Distancia de visibilidad 4.2.5. Pendiente 4.2.6. Sección transversal de las pistas 4.2.7. Estabilidad de taludes de corte y relleno 5. DISEÑO DE BOTADEROS DE DESMONTE EN MINESIGHT 5.1. Operación de extrusión 5.2. Calculo de volumen del Dump 5.3. Fusionando el Dump con la Topografía 5.4. Reporte de volúmenes de corte y relleno por niveles 6. DISEÑO DE PISTAS DE ACARREO EN MINESIGHT 6.1. Trazado de la Línea Centro (centerline) 6.2. Diseño de las superficies para el corte y relleno 6.3. Calculo de volúmenes de relleno por niveles 6.4. Calculo de volúmenes de corte por niveles 6.5. Balance de volúmenes de corte y relleno 6.6. Intersectando la topografía con la pista de acarreo 7. CONCLUSIONES 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
2 3 3 3 3 3 3 4 4 5 6 6 7 7 7 8 8 10 10 11 11 12 12 13 13 13 14 15 16 17 18 20 21 21 23 25 26 26 28 30 31
1
INDICE Pag N° RESUMEN 1. INTRODUCCIÓN 2.- OBJETIVOS 2.1 Objetivo general 2.2. Objetivos específicos 3.- DESCRIPCION DE LAS HERRAMIENTAS Y FUNCIONES DEL MINESIGHT 3.1. Data Manager (Administrador de Datos) 3.2. Viewer (visualizador) 3.3. Funciones CAD (Computer Aidded Design) 3.4. Template Editor (Editor de Plantillas) 3.5. Point Editor (Editor de Puntos) 3.6. Extrude/Expand tool (Herramienta de extrusión/expansión) 3.7. Intersect Surfaces (Intersectar Superficies) 3.8. Intersect Solids (Intersectar Sólidos) 3.9. Volume Calculator (Calculador de Volumen) 4. BOTADEROS DE DESMONTE Y PISTAS 4.1. Botaderos de Desmonte 4.1.1. Estabilidad de Botaderos 4.1.2. Métodos de Construcción. 4.2. Pistas de Acarreo 4.2.1. Elementos del diseño geométrico 4.2.2. Velocidad de diseño 4.2.3. Distancia de parada y tiempo de reacción para frenado 4.2.4. Distancia de visibilidad 4.2.5. Pendiente 4.2.6. Sección transversal de las pistas 4.2.7. Estabilidad de taludes de corte y relleno 5. DISEÑO DE BOTADEROS DE DESMONTE EN MINESIGHT 5.1. Operación de extrusión 5.2. Calculo de volumen del Dump 5.3. Fusionando el Dump con la Topografía 5.4. Reporte de volúmenes de corte y relleno por niveles 6. DISEÑO DE PISTAS DE ACARREO EN MINESIGHT 6.1. Trazado de la Línea Centro (centerline) 6.2. Diseño de las superficies para el corte y relleno 6.3. Calculo de volúmenes de relleno por niveles 6.4. Calculo de volúmenes de corte por niveles 6.5. Balance de volúmenes de corte y relleno 6.6. Intersectando la topografía con la pista de acarreo 7. CONCLUSIONES 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
2 3 3 3 3 3 3 4 4 5 6 6 7 7 7 8 8 10 10 11 11 12 12 13 13 13 14 15 16 17 18 20 21 21 23 25 26 26 28 30 31
2
RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo demostrar la versatilidad y flexibilidad en el diseño en tres dimensiones de botaderos y pistas de acarreo en minería superficial. Después de diseñar el pit operativo, también es importante elegir la ubicación y capacidad de los botaderos con las respectivas pistas de acarreo, minimizar las distancias y crear las condiciones de seguridad necesarias en la operación. En la primera parte se describen las principales herramientas que harán posible este diseño, debido a que el MineSight dispone una amplia gama de recursos de evaluación y diseño de minas, solo mostraremos los más usados. En la segunda parte se darán conceptos básicos sobre botaderos de desmonte y pistas de acarreo y las consideraciones que se deben tomar en cuenta antes de elegir la ubicación, diseño y construcción de estas obras. En la tercera parte se demostrará el diseño paso a paso de un botadero, teniéndose previamente un diseño de pit operativo intersectado con la topografía. Además del calculo de la capacidad de este botadero en metros cúbicos y por niveles. En la última parte se diseñará una pista de acarreo que hará posible la interconexión del botadero con la salida del pit. Para la construcción de esta pista se harán cálculos de volúmenes de corte y relleno, con la posibilidad de modificar su ubicación en el espacio para el respectivo balance de volúmenes en el movimiento de tierras.
3
1. INTRODUCCIÓN Como se sabe el uso del software MineSight® es aplicado en cálculo de reservas, evaluación de pits económicos, planeamiento de las operaciones. Esta herramienta también es capaz de diseñar otros elementos de una mina superficial tales como botaderos de desmonte, pads de lixiviación, stockpiles, pistas y otras obras que sean requeridas. El rápido diseño de botaderos y pistas en tres dimensiones que se logra con MineSight nos permite tener varias alternativas en corto tiempo mediante las herramientas y funciones CAD que nos ofrece este programa, de esta manera tendremos una visión a futuro y podremos evaluar cual será la mejor ubicación y capacidad de botaderos con el respectivo balance de corte y relleno. El presente trabajo se basa en un proyecto creado en MineSight en el cual se ha modelado un yacimiento con su pit final operativo. Los archivos a usarse serán: - 901 Contornos de nivel de la topografía - tri901 Superficie triangulada de la topografía - Horizontal Planes Cuadriculas de los planos horizontales - E-W Sections Cuadriculas de las secciones Este-Norte - Topo + Pit Superficie triangulada de la intersección de la topografía con el pit final operativo
2.- OBJETIVOS 2.1 Objetivo general El objetivo del presente trabajo consiste en demostrar el uso del software especializado MineSight en el diseño de botaderos de desmonte y pistas de acarreo en minería superficial con el respectivo cálculo de volúmenes de corte y relleno. 2.2. Objetivos específicos - Describir las funciones y herramientas esenciales para el diseño de botaderos y pistas en MineSight. - Diseñar un botadero de desmonte cercano al pit y que sea de gran capacidad - Diseñar una pista de acarreo que sirva de conexión entre el pit y el botadero - Realizar el cálculo de volúmenes de corte y relleno - Fusionar el pit, botadero y pista a la topografía 3.- DESCRIPCION DE LAS HERRAMIENTAS Y FUNCIONES DEL MINESIGHT A continuación se describirán las principales funciones y operaciones que se usan en MineSight para el diseño de botaderos y pistas, además del cálculo de volúmenes. 3.1. Data Manager (Administrador de Datos) El Data Manager facilita la forma de manejar la información que se va creando en un proyecto, esto nos ayuda a ordenar los archivos en carpetas y clasificar los tipos de archivos ya sean: geometry’s, drillholes, model views, grids, plots, texto y legendas. Otra función es la de importar y exportar archivos de otros programas como el Autocad, Gemcom, Vulcan, etc.
4
3.2. Viewer (visualizador) Esta es una herramienta esencial de MineSight que nos permite la fácil manipulación de las vistas y planos con el manejo de grids, luces y cámaras. Este visualizador se apoya en grupos de cuadriculas (gridsets) creadas por el usuario que definen planos horizontales, seccionales y no ortogonales para mostrar secciones en dichos planos. Se puede cambiar el modo de trabajo en 2D o 3D, filtrar planos y recortar vistas según requiera el diseño. Además se pueden crear varios visualizadores para obtener varias vistas del trabajo que se realiza.
3.3 Funciones CAD (Computer Aidded Design) Así como otros programas de diseño, MineSight dispone de funciones CAD que nos permiten el dibujo y edición de puntos y polylineas.
5
Point: _ Create (Crear ) _ Create at Center of Mass ( Crear en el centro de masa) _ Add ( Añadir ) _ Move ( Mover ) _ Move (Locked Z) ( Mover Z bloqueada) _ Adjust Elevation ( Ajustar elevación) _ Delete ( Eliminar ) _ Group Move ( Mover grupo ) _ Group Delete ( Eliminar grupo ) _ General Gridder ( Rejilla general) Polyline: _ Create (Crear ) _ Create Planar (Crear planar ) _ Append ( Anexar ) _ Close (Cerrar ) _ Convert 2D to 3D ( Convertir 2D a 3D) _ Convert 3D to 2D ( Convertir 3D a 2D) _ Compute area/length (Calcular area/longitud) _ Delete Segment ( Eliminar segmento) _ Delete By Length ( Eliminar ppor longitud ) _ Delete By Area ( Eliminar por area) _ Join ( Juntar ) _ Global Combine (Combinar global) _ Split / Splice ( Dividir / Pegar ) _ Clip ( Recortar ) _ Densify ( Densificar ) _ Thin ( Entresacar ) _ Fillet (Filetear ) _ Smooth (Pulir/Suavizar ) _ Contour Surface ( Contornar superficie) _ Line ( Línea) _ Substring ( Subcuerda) _ Redefine ( Redefinir ) 3.4. Template Editor (Editor de Plantillas) El editor de plantillas provee una rápida y conveniente creación de secciones a lo largo de una polilinea. Tal como se crea para las superficies de corte y relleno en el diseño de una pista o para el diseño de labores subterráneas.
6
3.5. Point Editor (Editor de Puntos) Otra herramienta de diseño que es muy útil es el Point Editor, el cual nos permite ingresar y editar puntos con más precisión y versatilidad que cuando digitalizamos con el mouse.
Como se ve en el grafico hay opciones de ingresar y editar puntos mediante coordenadas absolutas y relativas, azimuth y buzamiento (dip) lo cual sirve de gran precisión en la digitalización de puntos y polilineas que se quieran trazar, por ejemplo en el levantamiento poligonal topográfico.
3.6. Extrude/Expand tool (Herramienta de extrusión/expansión) Esta herramienta es usada para crear nuevos sólidos y superficies trianguladas mediante la proyección de una polilinea base que debe ser cerrada. Podemos elegir la distancia y ángulo de extrusión, crear sólidos y superficies, además de limitar la extrusión con la ayuda de otras superficies. Con lo cual podremos diseñar y proyectar nuestro Dump (botadero) y otras obras similares.
7
3.7. Intersect Surfaces (Intersectar Superficies) Contiene un conjunto de opciones para la generación de nuevas superficies de la intersección de dos superficies existentes. Dependiendo del resultado que se quiere obtener se deben elegir las adecuadas opciones, tales como el relleno o corte, además de las operaciones booleanas (diferencia, unión e intersección).
3.8. Intersect Solids (Intersectar Sólidos) El Intersect Solids es usado para intersectar dos o más sólidos cerrados. Los sólidos o grupos de sólidos pueden ser seleccionados directamente del viewer con el mouse o a través del uso del Object Contents Browser. Las operaciones son similares al del Intersector Surfaces: unión, diferencia e intersección.
3.9. Volume Calculator (Calculador de Volumen) Permite el cálculo de volúmenes de un solidó, entre dos superficies, y opcionalmente puede reportar los volúmenes por niveles definidos por un gridset. El cálculo de volumen puede ser ajustado usando dos métodos: - Método de integración - Método Analítico
8
De los cuales el más preciso es el analítico ya que usa cálculos matemáticos basados en matrices y determinantes en 3D.
4. BOTADEROS DE DESMONTE Y PISTAS 4.1. Botaderos de Desmonte Un botadero de desmonte es un área en el cual una operación de tajo abierto puede disponer mineral de baja ley y/o áridos que ha sido removido del pit con el fin de exponer el mineral de alta ley. En algunos casos el material es removido por otras indirectas razones, tal como obras de estabilización y construcción de pistas de acarreo. Los más comunes tipos de botadero son: - Botaderos en quebradas - Botaderos en medio de valles - Botaderos en laderas de cerros. - Botaderos en zonas planas. El primer paso para diseñar un botadero es la selección de un sitio o sitios que serán apropiados para manejar el volumen de desmonte de roca a ser removido durante la vida de la mina. La selección del sitio depende de varios factores, de los cuales los más importantes son: - Ubicación del Pit y tamaño a través del tiempo. - Topografía. - Volúmenes de Desmonte de Roca. - Límites de la propiedad. - Rutas de drenaje existente. - Requerimientos de restauración. - Condiciones de fundación. - Equipos y maquinaria para el manejo del material. Todos estos parámetros serán considerados durante el proceso de selección del sitio. Una vez que un sitio o numero de alternativas de locaciones han sido seleccionadas, el diseño del botadero puede comenzar.
9
Diseño de botaderos
El objetivo del planeamiento del botadero es diseñar una serie de fases de disposición de desmontes que minimizará las distancias horizontales y verticales entre el pit y el botadero. Desde que los costos de manejo de desmontes son usualmente más grandes que los costos de minado, el diseño del botadero juega un rol muy importante y crítico, afectando los costos de la operación total. La secuencia de minado a tajo abierto y planeamiento de producción serán completados previo al diseño de botadero con el objetivo de maximizar el retorno de la inversión. Por lo tanto, dos de los más importantes parámetros concernientes al diseño de botadero han sido fijados antes de comienzo de diseño: la ubicación del pit, tamaño a través del tiempo y el planeamiento de producción de desmonte. Estos dos parámetros definen donde pueden comenzar los botaderos, cuan rápido avanzarán, y el volumen final que pueden almacenar. La ubicación donde puede comenzar la descarga puede no necesariamente ser fuera de los límites del pit. En algunos casos, la descarga de desmonte dentro del pit puede ser el más práctico y económico método de establecer pistas de acarreo para la las áreas de disposición o para las últimas fases del pit. También, como una alternativa, ello puede ser más prudente para un botadero pequeño y para volver a usar el material en un futuro si las ventajas económicas de éste puedan ser demostradas. Esto puede afectar el diseño del pit en el sentido que las últimas fases adyacentes para el botadero podrían tener ratios más altos que el diseño original. Por lo tanto, estas áreas deberían ser examinadas en más detalle y el costo de transporte ahorrados por un botadero corto comparado a la potencial perdida de reservas de mineral. La secuencia de minado del pit definirá el ratio y fuente de desmonte de roca. Generalmente, el material de desmonte de las áreas más altas deben ser transportadas a los botaderos localizados en las partes más altas y el desmonte mas bajo en las locaciones las bajas. Esto es común si los costos de transporte son minimizados. Si bien esto es el objetivo ideal, topografía, límites de propiedad, rutas de drenaje, estabilidad, consideraciones medioambientales, y otras restricciones pueden hacer este objetivo dificultoso o imposible. La topografía limitará las áreas disponibles y usualmente definirán el tipo o forma del botadero. La configuración mas común de botadero son rellenos de valles (completo o parcial), ladera de cuña, abanico y terrazas o combinaciones de estas. Antes de comenzar con el diseño de botadero, dos adicionales parámetros deben ser determinados. El factor de esponjamiento del material y el ángulo de reposo son factores muy importantes en determinar el volumen del botadero requerido y el talud global. El material In Situ, cuando es minado, se esponjara 10 a 60%, dependiendo del tipo de material y frecuencia de fractura, En operaciones de roca dura, el factor de esponjamiento esta entre 30 a 45%. Las pruebas de densidad suelta deben ser ejecutadas para determinar el esponjamiento anticipado. Un segundo parámetro que debe ser determinado es el ángulo de reposo del material suelto. Las rocas secas que salen de la mina usualmente están entre 34 a 37°. Para propósitos de diseño, un talud conservador de 1.5:1 (34°) es recomendado en orden para la seguridad del proyecto la anticipada
10
posición del pie (toe). Las dimensiones de taludes existentes también darán una buena indicación del ángulo de cara del botadero a largo plazo. La configuración del botadero también será afectada por el método de transporte y la estabilidad y consideraciones de restauración.
Diseño de botadero
4.1.1. Estabilidad de Botaderos La estabilidad general del botadero depende de un número de factores como: - Topografía del sitio. - Método de construcción. - Parámetros geotécnicos del desmonte. - Parámetros geotécnicos del material de fundación. - Fuerzas externas que actúan sobre el botadero (presencia de agua y sismos) - Ratio de avance del botadero. Todos estos factores combinados en varias formas durante la vida del botadero de mina ayudarán en la estabilidad del botadero o para contribuir a su inestabilidad. La elección del sitio del botadero y su topografía usualmente es limitada con una distancia económica de la mina, la topografía usualmente viene a ser una condición fija. El aspecto crucial de la topografía es el talud existente del terreno natural donde el botadero será construido. Los análisis muestran que factores de seguridad empiezan a caer significativamente por encima de una inclinación de superficie de 20°, a pesar de los parámetros de esfuerzo de ambos el desmonte o material de fundación. 4.1.2. Métodos de construcción Los botaderos son usualmente construidos por uno de los dos métodos más comunes: en capas o descarga final. Descarga final es controlada por procesos de falla donde el desmonte es depositado formando un talud cerrado a su ángulo de reposo y el factor de seguridad es por consiguiente cerrado a uno. Desde que la cara del frente esta siempre avanzando durante la vida del botadero, el talud no esta estabilizado por la nivelación con equipos convencionales hasta el cierre del botadero. El monitoreo de la vida del botadero es recomendado y anticipado debido a las fallas de taludes. El botadero de mina construido usando una técnica de descarga final algunas veces son referidas como “construidos desde la parte superior”, mientras que, la descarga en capas son construidos “de abajo hacia arriba”. Los botaderos en capas o bancos pueden ser controlados, lo cual añade significativamente a su estabilidad general; sin embargo, ello requiere un talud de topografía relativamente suave y usualmente conlleva una distancia de acarreo mas larga en los años mas tempranos de la vida de la mina.
11
Construcción de botadero por bancos o capas
4.2. PISTAS DE ACARREO Las pistas son los caminos por los cuales se realiza el transporte habitual de materiales dentro y fuera de la explotación, es decir, por los que circulan las unidades de acarreo. Algunas consideraciones que deben hacerse en el momento de proyectar los caminos de acarreo en una explotación minera son las siguientes: Punto de salida del pit, que dependerá de la localización de la planta de tratamiento y/o botaderos para el vertido del estéril. Pistas temporales o semipermanentes. Número de carriles en pistas principales o auxiliares. Pendientes medias y por tramos, tanto favorables como desfavorables, para el transporte. Sentido del tráfico, etc. •
• • • •
4.2.1. Elementos del diseño geométrico Los elementos que definen la geometría de la pista son: a) La velocidad de diseño seleccionada. b) La distancia de visibilidad necesaria. c) La estabilidad de la plataforma de la pista, de las superficies de rodadura d) La preservación del medio ambiente. En la aplicación de los requerimientos geométricos que imponen los elementos mencionados, se tiene como resultante el diseño final de un proyecto de pista estable y protegida contra las inclemencias del clima y del tránsito. Para el buen diseño de una pista se consideran claves las siguientes prácticas: Evitar la alteración de los patrones naturales de drenaje. Proporcionar drenaje superficial adecuado. Evitar terrenos escarpados con taludes de más de 60%. Evitar problemas tales como zonas inundadas o inestables. Minimizar el número de contactos entre la pista y las corrientes de agua. Conseguir una superficie de rodadura de la pista estable y con materiales físicamente sanos. Instalar obras de subdrenaje donde se necesite, identificando los lugares activos durante la estación de lluvias. • • • • • • •
12
•
• •
•
Reducir la erosión colocando cubiertas vegetales o físicas sobre el terreno en cortes, terraplenes, salidas de drenajes y cualquier zona expuesta a corrientes de agua. Usar ángulos de talud estables en cortes y rellenos. Usar medidas de estabilización de taludes, de estructuras y de obras de drenaje conforme se necesiten y sea económicamente seleccionada. Proporcionar un mantenimiento debidamente planeado y programado.
4.2.2. Velocidad de diseño La velocidad de diseño es muy importante para establecer las características del trazado en planta, elevación y sección transversal de la carretera. Definida la velocidad del diseño se procederá al diseño del eje de la carretera, siguiendo el trazado en planta compuesto por tramos rectos (en tangente) y por tramos de curvas circulares y espirales. Y similarmente del trazado vertical, con tramos en pendiente rectas y con pendientes curvilíneas, normalmente parabólicas. La velocidad de diseño está igualmente relacionada con el ancho de los carriles de circulación y, por ende, con la sección transversal por adoptarse. La velocidad de diseño es la que establecerá las exigencias de distancias de visibilidad en la circulación y, consecuentemente, de la seguridad de los usuarios de la carretera a lo largo del trazado. 4.2.3. Distancia de parada y tiempo de reacción para frenado De un punto de vista de seguridad, deben diseñarse las vías de acarreo para acomodar las capacidades de frenado de esos vehículos que tienen el potencial de frenado que llega la mayoría frecuentemente atravesado la ruta del acarreo. Desgraciadamente, muy pocos de los fabricantes de camiones definen las capacidades de su servicio y sistemas de frenado de emergencia en términos de eficiencia. Ellos normalmente se describen revestimiento, tambor o tamaño del disco, método de actuación y presión del sistema. Así, un operador no sabe si los frenos del vehículo sujetarán en un descenso en caso de una falla de retardo. Debido a la posible necesidad de utilizar los frenos de servicio como los únicos medios para detener o retardar un camión, su performance debe definirse y debe tenerse en cuenta en el plan de diseño de vías de acarreo seguras. La Sociedad de Ingenieros Automotores (SAE), comprendiendo la necesidad por las normas de performance de frenos eficaces, ha desarrollado los procedimientos de pruebas y criterios de distancia mínima de parada para algunos que pesan en las categorías de grande, fuera de la pista y camiones. La SAE recomendó los siguientes valores como distancias de frenado máximo permisible de una velocidad inicial de 20 millas por hora, en una seco, nivelada y limpia superficie de concreto. Tabla 4.1. Distancia de parada o frenado Distancia máxima de parada del servicio de Peso del Vehículo (libras) frenado a 20 mill/hr. (pies) < 100,000 60 100,000 – 200,000 90 > 200,000 – 400,000 125 > 400,000 175 El tiempo necesario para hacer actuar a los componentes del sistema de frenos esta definido por: Tabla 4.2. Tiempo de reacción Peso del Vehículo (libras) Tiempo de reacción de frenado (seg) < 100,000 0.5 100,000 – 200,000 1.5 > 200,000 – 400,000 2.75 > 400,000 4.5
13
4.2.4. Distancia de visibilidad Se denomina distancia de visibilidad de parada a la mínima necesaria para que un vehículo pueda detenerse antes de colisionar con un obstáculo que se halle en su trayectoria, sin dar lugar a deceleraciones inadmisibles. Determinado el tiempo de parada necesario, la distancia de visibilidad de parada será proporcional a la velocidad del vehículo. Es, por tanto, necesario definir una velocidad de proyecto o velocidad mínima, que han de poder mantener los vehículos durante todo el ciclo de transporte. Esta velocidad es, por supuesto, inferior a la máxima que puede llegar a desarrollar los volquetes y debe establecerse en función de estudios económicos relativos a la explotación, los costes de operación y los de construcción y conservación de la pista.
4.2.5. Pendiente El primer criterio de diseño es el relativo a que no son deseables los tramos con gran inclinación longitudinal, sobre todo si son largos, por la reducción que provocan en la velocidad de los vehículos al subir, que afecta a la producción horaria, y por incidencia desfavorable en: La seguridad, mayores distancias de frenado al bajar. Los costes de operación, mayor consumo de carburante y mayores tiempos de recorrido. Los costes de conservación, aparición de roderas. • • •
Tampoco interesan, sin embargo, tramos horizontales que puedan dar lugar a problemas de evacuación de aguas pluviales. Atendiendo a criterios puramente mecánicos, las pendientes que pueden remontar y descender los volquetes son superiores al 20 %; sin embargo, por cuestiones de seguridad, el límite hay que situarlo en el 15 % e, incluso, en valores menores en zonas en las que sea posible la formación de placas de hielo. Introduciendo consideraciones de tipo económico, se ha comprobado que, salvo zonas muy localizadas, las pendientes en continuo no deben superar el 7 a 9 %. En cuanto a la inclinación mínima, el mínimo absoluto se recomienda fijarlo en el 0,5 % (este mínimo debe ser del 1 % en zonas de transición de peralte, en las que la pendiente transversal de la pista llega a anularse).
4.2.6. Sección transversal de las pistas La sección de las pistas es función de las dimensiones de los volquetes, de manera que sea suficiente para que la operación de transporte se lleve a cabo con continuidad y en condiciones de seguridad. En cuanto al número de carriles en que ha de subdividirse la anchura total, las pistas mineras son diseñadas, generalmente, con solo dos carriles, debido, por un lado, a la baja intensidad de tráfico y, por otro, a la escasa disponibilidad de espacio. Excepcionalmente, puede recurrirse a un solo c arril con apartaderos. Sin embargo, los tramos exteriores de las pistas que conducen a los vertederos o a las chancadoras primarias suelen diseñarse con más de un carril en cada sentido.
Diseño de una pista de dos carriles para volquetes de 85 t.
14
4.2.7. Estabilidad de taludes de corte y relleno En este caso se determinará la inclinación de los taludes definiendo la relación H:V de diseño (considerando parámetros obtenidos de ensayos y cálculos o tomando en cuenta la experiencia del comportamiento de los taludes de corte in situ y/o ejecutados en rocas o suelos de naturaleza y características geológicas, geotécnicas similares que se mantienen estables ante condiciones ambientales semejantes).
Los taludes de corte dependerán de la naturaleza del terreno y de su estabilidad, pudiendo utilizarse (a modo referencial) las relaciones de corte en talud siguientes los que son apropiados para los tipos de materiales (rocas y suelos) indicados en la siguiente tabla:
Los taludes de relleno, igualmente, estarán en función de los materiales empleados, pudiendo utilizarse (a modo de taludes de relleno referenciales) los siguientes taludes que son apropiados para los tipos de material incluidos en la siguiente tabla:
Para controlar los sectores con taludes inestables en este tipo de casos, se diseñarán soluciones de bajo costo para lo cual se evaluará y definirá soluciones mediante: métodos físicos como zanjas de coronación, estructuras de contención, métodos de revegetación. .
15
5. DISEÑO DE BOTADEROS DE DESMONTE EN MINESIGHT El diseño de botaderos depende del espacio que se tenga en quebradas o zonas planas cercanas a la mina. La capacidad de botaderos es un factor importante que puede incidir en el rediseño del pit, debido a que no se cuenta con la capacidad necesaria para abastecer los materiales debajo de la ley de corte económica o se tienen distancias de acarreo demasiado largas que conducen a un costo mayor de transporte y, por consiguiente, de minado. El diseño de esta obra consiste primeramente en elegir una ubicación adecuada sobre la topografía del terreno cercano al pit, para ello se trabajará con el siguiente plano:
Ubicación planeada
16
Para tener organizado los objetos que nos servirán en el diseño, crearemos una nueva carpeta en el Datamanager denominada “DUMPS”, hacemos clic derecho sobre la carpeta, elegimos New/Geometry Object y lo nombramos “D4345” que será la polilinea cerrada inicial la que posteriormente será extruida hacia abajo con un ángulo de -45° (ángulo de reposo), esta polilinea debe trazarse en el nivel 4345 con la ayuda del gridset “Horizontal Planes”.
5.1 Operación de extrusión A partir de la polilinea procederemos a extruirla hacia abajo con un talud de 45° grados que es un valor referencial, ya que la elección de este ángulo depende de los estudios geotécnicos previos de la zona elegida y de las propiedades físicas y químicas del material de desecho. - Crear el geometry “D4345solid” y poner en modo de edición - Abrir el “D4345” y seleccionarlo con - Abrir la herramienta Extrude, desde Surface/Create/Extrude (para la versión 4.0-4.5) - Procedemos a extruir la polilinea con una distancia de 200 metros con un talud de extrusión de - 45° a una dirección de – 90° y lo fijamos como un solidó cerrado activando “Along”. - En la pestaña Advanced limitaremos la extrusión con la superficie de la topografía, activando “Limit” y picando la superficie “topo + pit”.
17
5.2. Calculo de volumen del dump Utilizando el calculador de volúmenes procederemos a estimar la capacidad de nuestro botadero en metros cúbicos. - Abrir el Volume Calculator del menú Surface - Seleccionar “In a Solid” - Clic en el “D4345solid” - Usar el método analítico - Apply
También se puede calcular de una manera rápida y sencilla usando la opción del query
18
5.3. Fusionando el Dump con la Topografía Es necesaria la creación de un modelo de superficie del dump, el cual es requisito para la fusión con la topografía. - Crear el geometry “D4345surface” y poner en modo edición - Abrir y seleccionar el “D4345” - Realizamos similar operación de extrusión para solidó, pero esta vez se extruirá como sólido abierto en la base (superficie) - Desactivar “Along” del Extrude tool - En la pestaña Advanced desactivar “Limit”
19
Para la versión 4.5 de l minesight, en la ficha general debe llenarse así:
-
Crear geometry “D4345merge” y poner en modo edición Abrimos el Intersect Solids del menú Surface Seleccionamos como grupo “A” a la superficie del dump (D4345surface), y la topografía (topo + pit) como grupo “B” Elegir el método de intersección unión. Clic en preview para una vista preliminar si estamos de acuerdo hacer clic en; Apply
20
5.4. Reporte de volúmenes de corte y relleno por niveles
Anteriormente se calculo un volumen global del dump. En la siguiente operación se calculara los volúmenes diferenciados por niveles apoyados en la cuadricula “Horizontal planes” que fija los niveles cada 15 metros (altura de bancos). - Tener abierto el “D4345merge” y “topo + pit” - Abrimos el Volume Calculator del menú Surfaces - Seleccionar Betwen Surfaces (Entre Superficies) - Clic en la superficie “topo + pit” como Top Surface - Clic en “D4345merge” como Bottom Surface
21
-
Activar “Levels” y seleccionar el gridset “Horizontal planes” u otro que contenga los planos horizontales. Apply
Este reporte nos muestra un informe de volúmenes de relleno (fill) por cada nivel de operación. Además de los acumulativos de volúmenes que ascienden a un total de 15530661 m3. En las dos últimas columnas se tienen los volúmenes netos y acumulativos netos que están con signo negativo el cual corresponde a volúmenes de relleno, y signo positivo para los volúmenes de corte (cut), pero que no se consideran en este reporte.
6. DISEÑO DE PISTAS DE ACARREO EN MINESIGHT
22
Una vez diseñado el dump, se requerirá la construcción de una pista que servirá de conexión entre el pit y el dump; como se ve en la figura de arriba se requerirán volúmenes de relleno y a la vez volúmenes que serán arrancados por donde se trace el eje de la pista. Trazaremos una línea centro o eje de pista según las normas establecidas para la construcción de este tipo de obras con el fin de dar seguridad y flexibilidad a la operación. Usando el Editor de Plantillas crearemos los perfiles de corte y relleno, en este ejemplo consideraremos los taludes de ambos en 45°, para la elección de ángulos en aplicaciones reales se considerará estudios geotécnicos y ambientales. Con el uso del Point Editor podremos mover nuestra pista en cualquier dirección, esto con el fin de balancear los volúmenes de corte y relleno. Se pueden crear varios diseños, los cuales nos permitirán tener una mejor evaluación de la obra a proyectarse.
6.1. Trazado de la Línea Centro (centerline) Sobre la topografía trazaremos nuestra línea centro, considerando que debe empezar en la salida del pit (nivel 4112.5) y terminar en el dump (nivel 4345), además que cada tramo que digitalicemos no debe exceder 11% de gradiente. -
En el Data Manager crearemos una nueva carpeta denominada “ROAD DESIGN” Dentro de ella crear geometry “centerline” y poner en modo edición Previo a la digitalización del centerline tenemos que configurar en el menu snap como “face snap” para que los puntos que tracemos se ubiquen sobre la topografía.
-
Activaremos el “Show selection nodes”
-
Digitalizar los puntos cuidando que no se sobrepase 11% de gradiente.
para visualizar los puntos que se trazan.
23
Para la versión 4.5 ir al menú File/Project Settings, en la pestaña Status bar, configurar el Dip en percent.
Una vez digitalizado se puede ver en la barra de estado del Minesight que la longitud de la polilinea es de 3370.41 metros, la cual tendremos que densificar puntos y suavizar las curvas para un mejor diseño. -
Seleccionar la polilinea, ir al menú polyline y hacer clic en Densify y llenar tal como se ubica en la figura de abajo. Ira a Menú Polyline, elegir Smooth, llenar como se muestra en la figura. En ambos casos clic en Apply
24
6.2. Diseño de las superficies para el corte y relleno Crearemos unos perfiles de superficie en forma trapezoidal de 30 metros de base menor (ancho de pista), 50 metros de altura y un ángulo de 45° esto en ambos perfiles. Relleno (Fill):
25
Corte (Cut):
Creación de la superficie de relleno - Crear geometry “surface fill”, poner en modo de edición - En el menú UTILITIES abrir el Template Editor - Seleccionar el centerline - Llenar la información de la figura de abajo - Ir a Surfaces/Create solids/Attach Template Along Polyline - Preview/Apply
Creación de la superficie de corte - Crear geometry “surface cut”, poner en modo de edición - En el menu UTILITIES abrir el Template Editor - Seleccionar el centerline - Llenar la información de la figura de abajo - Ir a Surfaces/Create solids/Attach Template Along Polyline
26
-
Clic en Preview/Apply
6.3. Calculo de volúmenes de relleno por niveles - Abrimos el Volume Calculator del menú Surfaces - Seleccionar Betwen Surfaces (Entre Superficies) - Clic en la superficie “D4345 merge” como Top Surface - Clic en “surface fill” como Bottom Surface - Activar “Levels” y seleccionar el gridset “Horizontal planes” u otro que contenga los planos horizontales. - Apply
27
Se tiene un acumulado de 360466 m3 de volúmenes de relleno
6.4. Calculo de volúmenes de corte por niveles - Abrimos el Volume Calculator del menú Surfaces - Seleccionar Betwen Surfaces (Entre Superficies) - Clic en la superficie “D4345 merge” como Top Surface - Clic en “surface cut” como Bottom Surface - Activar “Levels” y seleccionar el gridset “Horizontal planes” u otro que contenga los planos horizontales. - Apply
28
Se tiene un acumulado de 200543 m3 de volúmenes de corte
6.5. Balance de volúmenes de corte y relleno Si no estamos de acuerdo con el reporte de volúmenes mostrados, tal vez porque en el relleno tendremos que usar materiales de préstamo para cumplir con los volúmenes calculados pero con un incremento de costos. Para ello tenemos la opción de modificar tales cantidades, usando el Point Editor, para mover las superficies de corte y relleno en el eje Z, esto generara una variación en los valores acumulados de volúmenes, como ejemplo desplazaremos en 1 metro hacia arriba del eje Z y veremos la diferencia de los cálculos anteriores.
29
- Generación de nuevos reportes con la variación de 1 metro de desplazamiento Calcular los volúmenes siguiendo los procedimientos anteriores mostrados
474654 m3 de volúmenes de relleno
145764 m3 de volúmenes de corte
30
6.6. Intersectando la topografía con la pista de acarreo - Crear geometry “Topo with fill” y poner en modo edición. - Abrir D4345 merge y surface fill - Abrir Intersect Surfaces del menú Surface
Por ultimo, cerrar surface fill y abrir surface cut, crear geometry “Final Topo”
31
Topografía final: pit, pista y dump
32
7. CONCLUSIONES - La geometría de la pista de acarreo se diseñará acorde a la magnitud de equipos que se tenga en la mina. - Para la reducción de las distancias de acarreo, se debe relacionar el sentido de la rampa (horario o antihorario) con el diseño de pista, ya que eligiendo cualquiera de estos sentidos se elige la salida del pit y el inicio de la pista. - Debido a que se maneja grandes volúmenes en el diseño de pistas, se debe tener varios diseños o alternativas que nos permitan balancear el movimiento de tierras. - Para el cálculo de volúmenes, es fundamental un buen levantamiento de la topografía, mientras más detallado y mas puntos tenga, el margen de error será menor. - Es necesario considerar en el modelamiento de la topografía de la mina, el drenaje natural, porque si no se toma en cuenta; podríamos estar diseñando los botaderos y pistas en zonas no adecuadas.
