Departamento de Ingeniería en Minas Universidad de Santiago de Chile
Sr. Bernardo Reyes C. 2005
Métodos de ExplotaciónII
ÍNDICE CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1 Introducción 1.2 Exploración Minera 1.3 Metodología de la Investigación Minera 1.3.1 Pre-Exploración 1.3.2 Exploración 1.3.3 Evaluación 1.4 Herramientas y Técnicas de Exploración Minera 1.4.1 Recopilación de Información 1.4.2 Teledetección 1.4.3 Geología 1.4.4 Geoquímica 1.4.5 Geofísica 1.5 Calicatas 1.6 Sondeos Mecánicos 1.7 Interpretación de Resultados 1.8 Estimación de Reservas 1.9 Muestreos 1.9,1 Métodos de Muestreos
CAP 1-4 CAP 1-4 CAP 1-4 CAP 1-5 CAP 1-5 CAP 1-5 CAP 1-5 CAP 1-5 CAP 1-6 CAP 1-6 CAP 1-6 CAP 1-7 CAP 1-9 CAP 1-9 CAP 1-10 CAP 1-11 CAP 1-13 CAP 1-13
CAPÍTULO II MINERÍA SUBTERRÁNEA 2.1 Introducción 2.2 Evolución de la Infraestructura 2.2.1 Galerías de Acceso y Puntos de Extracción 2.2.2 La Minería Tradicional Compuesta por Piques y Vía Ferroviaria 2.2.3 Minería con LHD 2.2.4 El Pique y la Rampa 2.3 Desarrollos Mina 2.3.1 Desarrollos de Piques 2.3.2 Galerías de Acceso y Rampas 2.3.3 Excavaciones de Rocas en Labores Subterráneas 2.3.4 Chimeneas 2.4 Métodos de Explotación Subterráneos 2.4.1 Room and Pillar 2.4.1.1 Descripción 2.4.1.2 Room and Pillar Clásico 2.4.1.3 Post Room and Pillar 2.4.1.4 Step Room and Pillar 2.4.2 Sub Level Stoping 2.4.3 Shrinkage 2.4.4 Cut and Fill 2.4.5 Sub Level Caving
CAP 2-15 CAP 2-17 CAP 2-17 CAP 2-17 CAP 2-18 CAP 2-18 CAP 2-20 CAP 2-20 CAP 2-22 CAP 2-23 CAP 2-25 CAP 2-26 CAP 2-27 CAP 2-27 CAP 2-28 CAP 2-29 CAP 2-32 CAP 2-32 CAP 2-36 CAP 2-38 CAP 2-40
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2.4.6 2.4.6.1 2.4.6.2
Block Caving Descripción Método en Roca Secundaría Descripción Método en Roca Primaria
CAP 2-42 CAP 2-43 CAP 2-45
CAPÍTULO III MINERÍA A RAJO ABIERTO 3.1 Definición 3.2 Aplicación 3.3 Objetivo Principal 3.4 Descripción del Método 3.5 Preparación del Plan Minero 3.6 Consideraciones del Cociente Estéril/Mineral 3.7 Botaderos 3.8 Operaciones Mineras 3.8.1 Perforación 3.8.2 Tronadura 3.8.3 Carguío Palas 3.8.4 Transporte con Camiones 3.9 Movimiento de Tierras 3.9.1 Cargador Frontal 3.9.2 Equipos Auxiliares 3.9.2.1 Tractores 3.9.2.2 Motoniveladoras
CAP 3-49 CAP 3-49 CAP 3-49 CAP 1-49 CAP 1-53 CAP 1-53 CAP 1-54 CAP 1-55 CAP 1-55 CAP 1-57 CAP 1-58 CAP 1-60 CAP 1-63 CAP 1-63 CAP 1-64 CAP 1-64 CAP 1-65
Material Bibliográfico consultado
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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1 INTRODUCCIÓN Los métodos de explotación no pueden entenderse sin conocer los trabajos previos realizados para encontrar el yacimiento. El método de explotación que se aplique será el mejor encontrado para extraer la mayor cantidad de reservas minerales de ese cuerpo mineralizado. Los métodos de explotación son la culminación de muchos esfuerzos realizados previamente, tanto en trabajo técnico cómo económico. Para llegar a esa instancia, fue necesario realizar antes una prospección, luego una exploración minera, estimar los recursos encontrados en calidad y cantidad, realizar estudios metalúrgicos para determinar el porcentaje de recuperación del mineral presente; con respecto al yacimiento: realizar estudios de la roca de caja y mineralizada, determinar tipo de minerales y sus leyes, identificar tipo de yacimiento, profundidad a la que se encuentra, conocer la geología del yacimiento y sus estructuras más importantes, estimar la presencia de agua, todo ello para determinar que métodos de explotación aplicar, para finalmente realizar una evaluación económica y ver la factibilidad de su explotación. 1.2 EXPLORACIÓN MINERA La explotación de los yacimientos minerales, como veremos, es una actividad de alto riesgo económico, ya que supone unas inversiones a largo plazo que muchas veces se sustentan en precios del producto minero sujetos a altas oscilaciones. A su vez, la exploración supone también un elevado riesgo económico, derivado éste del hecho de que supone unos gastos que solamente se recuperan en caso de que la exploración tenga éxito y suponga una explotación minera fructífera. Sobre estas bases, es fácil comprender que la exploración supone la base de la industria minera, ya que debe permitir la localización de los recursos mineros ha explotar, al mínimo costo posible. Para ello, debe cumplir dos objetivos básicos: Identificar muy claramente los objetivos del trabajo a realizar Minimizar los costos sin que ello suponga dejar lagunas Para ello dispone de una serie de herramientas y técnicas básicas, que son las que se sintetizan a continuación.
1.3 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN MINERA La base de cualquier trabajo bien hecho es la planificación de las actividades a realizar. Esto es especialmente importante en la investigación minera, por las razones ya expuestas. Así, en Investigación Minera se suele subdividir el trabajo en tres etapas claramente diferenciadas, de forma que solamente se aborda la siguiente en caso de que la anterior haya cumplido satisfactoriamente los objetivos previstos. Aunque pueden recibir distintos nombres, en términos generales se trata de una fase de preexploración, una de exploración propiamente dicha y otra de evaluación. Si incluso ésta última alcanza los resultados previstos se realiza un estudio de viabilidad económica. Como objetivos generales de cada una de estas etapas se pueden fijar los siguientes:
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1.3.1 Preexploración: Tiene por objeto determinar si una zona concreta, normalmente de gran extensión, presenta posibilidades de que exista un tipo determinado de yacimiento mineral. Esto se establece en función de la información de que se dispone sobre ese tipo de yacimiento y sobre la geología de la región de estudio. Suele ser un trabajo fundamentalmente de gabinete, en el que se contará con el apoyo de información bibliográfica, mapas, fotos aéreas, imágenes de satélite, etc., aunque puede incluir alguna salida al campo para reconocer las zonas de mayor interés. 1.3.2 Exploración: Una vez establecidas las posibilidades de la región estudiada, se pasa al estudio sobre el terreno. En esta fase se aplicará las diversas técnicas disponibles para llevar a cabo de forma lo más completo posible el trabajo, dentro de las posibilidades presupuestarias del mismo. Su objeto final debe ser corroborar o descartar la hipótesis inicial de existencia de mineralizaciones del tipo prospectado. 1.3.3 Evaluación: una vez que se ha detectado una mineralización de interés minero, es decir, en la que se observan caracteres que permiten suponer que pueda llegar a ser explotada, se pasa a llevar a cabo su evaluación o valoración económica. A pesar de lo que pueda parecer, los datos de ésta no son aún concluyentes, y debe ir seguida, en caso de que la valoración económica sea positiva, de un estudio de viabilidad, que contemple todos los factores geológicos, mineros, sociales, ambientales, etc., que pueden permitir (o no) que una explotación se lleve a cabo. Para cumplir con cada uno de estos objetivos se dispone de una serie de herramientas, unas para aplicar en campo y otras en gabinete.
1.4 HERRAMIENTAS Y TÉCNICAS DE EXPLORACIÓN MINERA La exploración minera se basa en una serie de técnicas, unas instrumentales y otras empíricas, de costos muy diversos. Por ello, normalmente se aplican de forma sucesiva, solo en caso de que el valor del producto sea suficiente para justificar su empleo, y solo si son necesarias para complementar las técnicas que ya se hayan utilizado hasta ese momento. Las técnicas serían las siguientes: 1.4.1 Recopilación de información Es una de las técnicas preliminares, de bajo costo, que puede llevarse a cabo en la propia oficina, si bien en algunos casos supone ciertos desplazamientos, para localizar la información en fuentes externas (bibliotecas, bases de datos…). Consiste básicamente en recopilar toda la información disponible sobre el tipo de yacimiento prospectado (características geológicas, volúmenes de reservas esperables, características geométricas…), así como sobre la geología de la zona de estudio y de su historial minero (tipo de explotaciones mineras que han existido, volumen de producciones, causas del cierre de las explotaciones…). Toda esta información nos debe permitir establecer el modelo concreto de yacimiento a prospectar y las condiciones bajo las que debe llevarse a cabo el proceso de prospección. En esta fase resulta muy útil contar con el apoyo de mapas metalogenéticos que muestren no sólo la localización (y tipología) de yacimientos, sino también las relaciones entre ellos y su Cap 2 -
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entorno. En este sentido, resulta muy útil la representación gráfica en éstos de metalotectos o provincias metalogenéticas. 1.4.2 TELEDETECCIÓN La utilización de la información de los satélites artificiales que orbitan nuestro planeta puede ser de gran interés en investigación minera. Sigue siendo una técnica de relativamente bajo costo (condicionado por el precio de la información a recabar de los organismos que controlan este tipo de información) y que se aplica desde gabinete, aunque también a menudo complementada con salidas al campo. La información que ofrecen los satélites que resulta de utilidad geológico-minera se refiere a la reflectividad del terreno frente a la radiación solar: ésta incide sobre el terreno, en parte se absorbe, y en parte se refleja, en función de las características del terreno. Determinadas radiaciones producen las sensaciones apreciables por el ojo humano, pero hay otras zonas del espectro electromagnético, inapreciables para el ojo, que puede ser recogidas y analizadas mediante sensores específicos. La Teledetección aprovecha precisamente estas bandas del espectro para identificar características del terreno que pueden reflejar datos de interés minero, como alteraciones, presencia de determinados minerales, variaciones de temperatura, humedad…
1.4.3 GEOLOGÍA El estudio en mayor o menor detalle de las características de una región siempre es necesario en cualquier estudio de ámbito minero, ya que cada tipo de yacimiento suele presentar unos condicionantes específicos que hay que conocer para poder llevar a cabo con mayores garantías de éxito nuestra exploración, así como otras que puedan emprenderse en el futuro. Es un estudio que se lleva a cabo durante las fases de preexploración y exploración, ya que su costo aún suele ser bastante bajo. Tiene también un aspecto dual, en el sentido de que en parte puede hacerse en gabinete, a partir de los datos de la recopilación de información y de la teledetección, pero cuando necesita un cierto detalle, hay que complementarla con observaciones sobre el terreno. Dentro del término genérico de geología se engloban muchos apartados distintos del trabajo de reconocimiento geológico de un área. La cartografía geológica (o elaboración de un mapa geológico de la misma) incluye el levantamiento estratigráfico (conocer la sucesión de materiales estratigráficos presentes en la zona), el estudio tectónico (identificación de las estructuras tectónicas, como fallas, pliegues, que afectan a los materiales de la zona), el estudio petrológico (correcta identificación de los distintos tipos de rocas), hidrogeológico (identificación de acuíferos y de sus caracteres más relevantes), etcétera. En cada caso tendrán mayor o menos importancia unos u otros, en función del control concreto que presente la mineralización investigada.
1.4.4 GEOQUÍMICA La prospección geoquímica consiste en el análisis de muestras de sedimentos de arroyos o de suelos o de aguas, o incluso de plantas que puedan concentrar elementos químicos relacionados con una determinada mineralización. Tiene su base en que los elementos químicos que componen la corteza tienen una distribución general característica, que aunque Cap 2 -
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puede ser distinta para cada área diferente, se caracteriza por presentar un rango de valores definido por una distribución unimodal log-normal, En otras palabras, la concentración "normal" de ese elemento en las muestras de una región aparece como una campana de gauss en un gráfico semi-logarítmico. Sin embargo, cuando hay alguna concentración anómala de un determinado elemento en la zona (que puede estar producida por la presencia de un yacimiento mineral de ese elemento), esta distribución se altera, dando origen por lo general a una distribución bimodal, que permite diferenciar las poblaciones normal (la existente en el entorno de la mineralización) y anómala (que se situará precisamente sobre la mineralización). Así, las distintas variantes de esta técnica (geoquímica de suelos, de arroyos, biogeoquímica) analizan muestras de cada uno de estos tipos, siguiendo patrones ordenados, de forma que se consiga tener un análisis representativo de toda una región, con objeto de identificar la o las poblaciones anómalas que puedan existir en la misma, y diferenciarlas de posibles poblaciones anómalas que puedan ser una indicación de la existencia de mineralizaciones. El coste de estas técnicas suele ser superior al de las de carácter geológico, ya que implican un equipo de varias personas para la toma y preparación de las muestras, y el costo de los análisis correspondientes. Por ello, se aplican cuando la geología ofrece ya información que permite sospechar con fundamento la presencia de yacimientos.
1.4.5 GEOFÍSICA Dentro de esta denominación genérica encontramos, como en el caso de la geología, toda una gama de técnicas muy diversas, tanto en coste como en aplicabilidad a cada caso concreto. La base es siempre la misma: intentar localizar rocas o minerales que presenten una propiedad física que contraste con la de los minerales o rocas adyacentes. Igual que para localizar una aguja en un pajar un imán es una herramienta de gran utilidad, éste mismo imán no nos servirá de nada si lo que hemos perdido entre la paja es una mina de lapicero de 0.5 mm. Así, las diversas técnicas aplicables y su campo de aplicación puede ser el siguiente: Métodos eléctricos: Se basan en el estudio de la conductividad (o su inverso, la resistividad) del terreno, mediante dispositivos relativamente simples: un sistema de introducción de corriente al terreno, y otro de medida de la resistividad/conductividad. Se utilizan para identificar materiales de diferentes conductividades: por ejemplo, los sulfuros suelen ser muy conductores, al igual que el grafito. También se utilizan mucho para la investigación de agua, debido a que las rocas que contienen agua se hacen algo más conductoras que las que no la contienen, siempre y cuando el agua tenga una cierta salinidad que la haga a su vez conductora. Métodos electromagnéticos: Tiene su base en el estudio de otras propiedades eléctricas o electromagnéticas del terreno. El más utilizado es el método de la Polarización Inducida, que consiste en mediar la cargabilidad del terreno: se introduce una corriente eléctrica de alto voltaje en el terreno y al interrumpirse ésta se estudia cómo queda cargado el terreno, y cómo se produce el proceso de descarga eléctrica. Muy utilizado para prospección de sulfuros, ya que son los que presentan mayores cargabilidades. Otras técnicas: polarización espontánea, métodos magnetotelúricos, etc. Cap 2 -
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Métodos magnéticos: Basados en la medida del campo magnético sobre el terreno. Este campo magnético como sabemos es función del campo magnético terrestre, pero puede verse afectado por las rocas existentes en un punto determinado, sobre todo si existen en la misma minerales ferromagnéticos, como la magnetita o la pirrotina. Estos minerales producen una alteración del campo magnético local que es detectable mediante los denominados magnetómetros. Métodos gravimétricos: se basan en la medida del campo gravitatorio terrestre, que al igual que en el caso anterior, puede estar modificado de sus valores normales por la presencia de rocas específicas, en este caso de densidad distinta a la normal. El gravímetro es el instrumento que se emplea para detectar estas variaciones, que por su pequeña entidad y por la influencia que presentan las variaciones topográficas requieren correcciones muy detalladas, y por tanto, también muy costosas. Esta técnica ha sido utilizada con gran efectividad en la detección de cuerpos de sulfuros masivos en la Faja Pirítica Ibérica. Métodos radiométricos: se basan en la detección de radioactividad emitida por el terreno, y se utilizan fundamentalmente para la prospección de yacimientos de uranio, aunque excepcionalmente se pueden utilizar como método indirecto para otros elementos o rocas. Esta radioactividad emitida por el terreno se puede medir o bien sobre el propio terreno, o bien desde el aire, desde aviones o helicópteros. Los instrumentos de medida más usuales son básicamente de dos tipos: Escintilómetros (también llamados contadores de centelleo) o contadores Geiger. No obstante, estos instrumentos sólo miden radioactividad total, sin discriminar la longitud de onda de la radiación emitida. Más útiles son los sensores capaces de discriminar las distintas longitudes de onda, porque éstas son características de cada elemento, lo que permite discriminar el elemento causante de la radioactividad. Sísmica: La transmisión de las ondas sísmicas por el terreno está sujeta a una serie de postulados en los que intervienen parámetros relacionados con la naturaleza de las rocas que atraviesan. De esta forma, si causamos pequeños movimientos sísmicos, mediante explosiones o caída de objetos pesados y analizamos la distribución de las ondas sísmicas hasta puntos de medida estratégicamente situados, al igual que se hace con las ondas sonoras en las ecografías, podemos establecer conclusiones sobre la naturaleza de las rocas del subsuelo. Se diferencian dos grandes técnicas diferentes: la sísmica de reflexión y la de refracción, que analizan cada uno de estos aspectos de la transmisión de las ondas sísmicas. Es una de las técnicas más caras, por lo que solo se utiliza para investigación de recursos de alto costo, como el petróleo. En definitiva, la geofísica dispone de toda una gama de herramientas distintas de gran utilidad, pero que hay que saber aplicar a cada caso concreto en función de dos parámetros: su costo, que debe ser proporcional al valor del objeto de la exploración, y la viabilidad técnica, que debe considerarse a la luz del análisis preliminar de las características físicas de este mismo objeto.
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1.5 CALICATAS A menudo, tras la aplicación de las técnicas anteriores seguimos teniendo dudas razonadas sobre si lo que estamos investigando es o no algo con interés minero. Por ejemplo, podemos tener una anomalía geoquímica de plomo y una anomalía de geofísica eléctrica, pero ¿será una mineralización de galena o una tubería antigua enterrada? En estos casos, para verificar a bajo costo nuestras interpretaciones sobre alineaciones de posible interés minero se pueden hacer zanjas en el terreno mediante pala retroexcavadora, que permitan visualizar las rocas situadas justo debajo del suelo analizado o reconocido. Además, estas calicatas permitirán obtener muestras más representativas de lo que exista en el subsuelo, aunque no hay que olvidar que por su pequeña profundidad de trabajo (1-3 metros, a lo sumo) siguen sin ser comparables a lo que pueda existir por debajo del nivel de alteración meteórica, dado que, como vimos en el apartado correspondiente, precisamente las mineralizaciones suelen favorecer la alteración supergénica.
1.6 SONDEOS MECÁNICOS Los sondeos son una herramienta (ver fig.1.1) vital la investigación minera, que nos permite confirmar o desmentir nuestras interpretaciones, ya que esta técnica permite obtener muestras del subsuelo a profundidades variables. Su principal problema deriva de su representatividad, pues no hay que olvidar que estas muestras constituyen, en el mejor de los casos (sondeos con recuperación de testigo continuo) un cilindro de roca de algunos centímetros de diámetro, que puede no haberse recuperado completamente (ha podido haber pérdidas durante la perforación o la extracción), y que puede haber cortado la mineralización en un punto excepcionalmente pobre o excepcionalmente rico. No obstante, son la información más valiosa de que se dispone sobre la mineralización mientras no se llegue hasta ella mediante labores mineras.
Fig. 1.1 Exploración con sondaje Cap 2 -
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Los sondeos mecánicos son un mundo muy complejo, en el que existe toda una gama de posibilidades, tanto en cuanto al método de perforación (percusión, rotación, rotopercusión), como en lo que se refiere al diámetro de trabajo (desde diámetros métricos a milimétricos), en cuanto al rango de profundidades alcanzables (que puede llegar a ser de miles de metros en los sondeos petrolíferos), en cuanto al sistema de extracción del material cortado (recuperación de testigo continuo, arrastre por el agua de perforación, o por aire comprimido). Todo ello hace que la realización de sondeos mecánicos sea una etapa especialmente importante dentro del proceso de investigación minera, y requiera la toma de decisiones más detallada y problemática. Tal cómo se ha comentado, los sondajes se utilizan cuando existe el convencimiento de que en el lugar hay un yacimiento que puede ser económicamente explotable; surge la necesidad de obtener información de la mineralización y del procesamiento que requiere para obtenerlo como materia prima. En consecuencia el propósito de la exploración con sondajes es obtener información geológica en el tamaño, forma y espesor del yacimiento, ley de la zona mineralizada. Cada perforación debería obtener o aportar la siguiente información: Estructura geológica del depósito Cambios de la ley en la zona mineralizada Distribución de los minerales y del modelo mineralógico Comportamiento de la zona mineralizada Características físicas de la mena y mineral Relación de la estructura mineralizada, aguas freáticas, tipos de rocas, alteración, etc. Distribución agua subterránea 1.7 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS A la vista de los hasta ahora expuesto, el proceso de exploración minera consiste en una toma de datos continua que hay que ir interpretando sobre la marcha, de forma que cada decisión que se tome aliente a seguir o no con las etapas siguientes, fundamentada en unos datos que apoyan o no la interpretación preliminar. De esta forma, cada etapa de la investigación que se desarrolla debe ir encaminada precisamente a apoyar o desmentir las interpretaciones preliminares, mediante nuevos datos que supongan una mejora de la interpretación, pero sin buscar sistemáticamente la confirmación a toda costa de nuestra idea: la “cabezonería” puede ser muy costosa para la compañía, aunque sin ella a menudo no habría investigación minera. En definitiva, la interpretación de los resultados debe ser muy detallada, y debe buscar las coincidencias que supongan un apoyo a las ideas elaboradas, pero también las no coincidencias, que debe analizarse de forma especialmente cuidadosa, buscando la o las explicaciones alternativas que puedan suponer la confirmación o el desmentido de nuestras interpretaciones, sin olvidar que al final los sondeos confirmarán o no éstas de forma casi definitiva.
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Finalmente la exploración, tiene como propósito el desarrollo de todas las actividades y trabajos que sean necesarios realizar, para localizar y definir nuevos depósito de minerales, con la finalidad de su posterior adquisición y extracción económica.
1.8 ESTIMACIÓN DE RESERVAS El objetivo de la estimación de reservas mineras, consiste en realizar el cálculo de reservas de un yacimiento lo más certero posible, con la finalidad de obtener un volumen en cantidad, calidad lo más cercano a lo real y de esta forma establecer una explotación comercial La selección de un método para el cálculo de reservas depende de la geología del yacimiento, método de exploración, utilidad y confiabilidad de los datos, grado de exactitud requerida, etc. En la estimación de reservas se han utilizado en el pasado métodos denominados clásicos, tales cómo el de analogías, secciones o el bloque minero; el principal problema de estos métodos es que ignoran controles geológicos. El concepto era determinar un área de influencia que multiplicada por el espesor definía un volumen, la sumatoria de todo los volúmenes determinaba las reservas existentes. El uso de sistemas clásico trae intrínsicamente un alto riesgo que se observa en la sobre estimación, o subestimación del depósito estudiado. Esto se refleja en notorias pérdidas económicas al desechar un proyecto que podía haber sido promisorio o aprobar uno que se debía haber descartado. El uso de computadores modificó el sistema tradicional a un “Modelo de Bloques” los grados otorgados a cada bloque usan métodos cómo: La muestra más cercana Radio de influencia Tamaño y forma del bloque La Geoestadística aparece entonces como la “ciencia” en la estimación de recursos minerales, encontrándose su aplicación en todo tipo de asociaciones mineralógicas y depósitos. La Geoestadística comparado con otros métodos de estimación, es el mejor. Todos los métodos envuelven errores en su uso, pero la Geoestadística da soluciones con el menor error posible, prefiriéndose su aplicación. La Geoestadística considera que cualquier punto del depósito está espacialmente relacionado con sus vecinos y cuanto más cerca mucho mejor es la correlación. Basados en esta hipótesis la Geoestadística se convierte en una avanzada herramienta para la estimación de reservas, la cual resuelve en gran medida las dudas planteadas por otras técnicas. Es así como la Geostadística nos puede ofrecer información en cuanto a: Área de Influencia Que tan errático es el depósito en estudio (efecto pepita) Zonas de alta, regular y baja mineralización (anisotropías) Estimar, inferir o interpolar valores a zonas donde no se tenía información, con el mínimo error posible Obtener el error de estimación por cada punto o bloque estimado, lo cual nos permite conocer los límites de confiabilidad de la estimación. Ninguna otra técnica permite conocer estos valores punto por punto Cap 2 -
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Permite optimizar el muestreo para reducir el error de estimación y por consiguiente representa un gran ahorro económico para futuras campañas de muestreo en el mismo depósito. Permite graficar toda información, de tal forma que representa una valiosa ayuda en la toma de decisiones. La Geoestadística aplica la teoría de la variable regionalizada, para ello desarrolla un variograma que es una representación gráfica de la interdependencia direccional de leyes de la muestra y un diseño de bloques con leyes del depósito, siguiendo la teoría de Kriging que asigna pesos lineales a las muestras tales que la estimación calculada de error minimiza la ley del bloque. La Fig.1.2 muestra un variograma experimental ajustado al llamado “modelo esférico”. La varianza crece sistemáticamente hasta “a” (rango o alcance) distancia a partir de la cual las muestras empiezan a ser independientes unas de otras. El “sill” muestra la zona de la curva donde los valores ya no se correlacionan. La Fig. 1.3 presenta un modelo de bloques característico, que junto a la topografía del terreno, permite visualizar la situación en su conjunto, de esta forma se facilita la planificación minera y la proposición de planes de extracción.
Fig. 1.2 Variograma
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Fig. 1.3 modelo de bloques En resumen: la estimación de reserva, no se trata de meros cálculos. Los cálculos forman sólo una parte y no necesariamente la parte más importante. Debido a las limitaciones del muestreo y la naturaleza del yacimiento, la exactitud de la predicción de grado no debe exceder las dos cifras significativas Tabla 1.1 Clasificación de activos mineros Probadas Probables Explotables Insitu Geológicas
Posibles
Reservas Probables Recursos
La tabla 1.1 nos muestra que no todo los activos son iguales en el mundo minero. Luego de que un depósito ha sido cuidadosamente estudiado y se demuestra las buenas posibilidades de generar ganancias, necesariamente se debe estar trabajando con las reservas definidas en la parte superior izquierda. Esta área o división es llamada Reservas Probadas o Reservas Explotables. 1.9 MUESTREOS El muestreo de un cuerpo mineralizado es el primer paso crucial en la estimación de reservas. El muestreo permite al ingeniero estimar la calidad y tamaño del cuerpo mineralizado. 1.9.1 MÉTODOS DE MUESTREO Directos: El catador toma la muestra directamente de una cara de la roca accesible o montón de estéril Indirectos: La muestra se obtiene de un sondaje de perforación
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El muestreo es caro y consume tiempo. Un programa de muestreo debe tomar en cuenta estas variables. La mayor información disponible de la muestra mejorará la verdadera estimación de la calidad del depósito. Un plan de muestreo debe considerar: Método de muestreo Frecuencia de muestreo Procesamiento de la muestra Dirección del programa de muestreos
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CAPÍTULO II MINERÍA SUBTERRÁNEA 2.1 INTRODUCCIÓN La minería subterránea es la técnica utilizada para recuperar minerales desde los yacimientos que se encuentra en la superficie terrestre y cubierto por rocas en tal cantidad que su extracción económica, sólo es factible mediante un sistema de excavaciones que permitan llegar a las zonas mineralizadas para luego aplicar uno o más esquemas específicos (método de explotación) para extraer el mineral. La minería en general está en una constante dinámica, eso se refleja en que esta industria, está continuamente explorando nuevas ideas y utilizando métodos de explotación que muestran un constante desarrollo, lo que le permite avanzar a pesar de su rico pasado, en la búsqueda de nuevas alternativas. Este continuo buscar (nuevas estrategias de explotación para las minas), se debe a varias variables, una de ellas es el precio de los metales, los cuales son decrecientes en el largo plazo; en esta perspectiva, este punto presiona continuamente para reducir costos de operación en toda las minas. Una característica importante de la industria minera es la capacidad de aceptar de buena voluntad los cambios tecnológicos y las experiencias enriquecedoras de otras unidades de producción. Existe mente abierta a aceptar el cambio como algo natural y que forma parte del know how minero. Por otra parte tenemos que cada yacimiento minero es único e irrepetible debido principalmente a su geología, profundidad de la mineralización, tamaño, forma, tipos de mineral, leyes de los minerales, tipos de rocas, etc. Considerando los elementos anteriores los métodos de explotación que se presentarán reflejan de una u otra manera la situación de la minería actual, considerando como referencia los equipos que se encuentran en operación en la minería moderna. La explotación de minas por métodos subterráneos apunta a recuperar el mineral contenido en la roca mineralizada. Los minerales de interés se encuentran en el volumen del cuerpo mineralizado, mientras que en su entorno, esta la roca que rodea al mineral, la que corresponde a roca estéril sin valor económico y que por tanto los mineros tratan de dejar en cualquier lugar cercano, de tal forma que involucre el mínimo costo posible su traslado. Producto de las operaciones mineras, el material estéril además diluye la mena al entrar en contacto con ella, reduciendo la ley a planta, aumentando los costos de transporte al trasladar lastre a la planta de beneficios y aumentando también los costos de procesamiento y de obtención de los metales, haciendo menos eficiente los sistemas productivos. Cuando los cuerpos mineralizados afloran a la superficie o está muy cercas de ella, se utilizan técnicas de explotación por rajo abierto, en este caso la roca estéril es separada del mineral, mediante la carga y el transporte en camiones hacia botaderos de rocas cercanos, luego el mineral es extraído y enviado a planta para su concentración. Situación distinta ocurre cuando el cuerpo mineralizado se encuentra en profundidad, bajo cientos de metro de la
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superficie, las técnicas utilizadas en este caso son los métodos de explotación subterráneos, aquí, las técnicas empleadas son más complejas. Los métodos mineros subterráneos son adaptados a los cuerpos mineralizados y a las condiciones de la roca, forma y dimensiones del yacimiento, etc. La recuperación del mineral contenido en el yacimiento, depende de la calidad de la roca de caja y el método de explotación aplicado, el que apunta a la máxima recuperación del mineral, en forma eficiente, económicamente rentable y manteniendo condiciones de trabajo seguro. La infraestructura referida a un orden básico de la mina, que considere el ingreso al interior de la mina para realizar los trabajos requeridos, para la explotación de minerales, en las mejores condiciones de seguridad y de productividad, deberían incluir: medios de acceso a todo los lugares de trabajo, vías para el transporte de mineral y el abastecimiento de energía, sistema de ventilación, drenaje de aguas subterráneas, etc. El pique fue por largos años, el acceso principal a niveles subterráneos y a las principales arterias de la mina, todo pasaba por allí. Hoy en día, esta siendo más común viajar por rampa desde la superficie al interior de la mina; la rampa actualmente es el principal medio de acceso. Esta se encuentra conectada a laboreos, galerías, áreas de trabajo y a una red importante de operaciones, facilitando el desplazamiento de los mineros y de los equipos entre distintos lugares de la mina. Manejo de material: Un sistema eficiente en el manejo de materiales es deseable para el éxito de los trabajos de producción, el que consiste en trasladar el mineral quebrado desde la mina a la planta para continuar su procesamiento. Este manejo comienza con la tronadura del mineral en los laboreos de producción para continuar su viaje utilizando los medio de transporte disponibles ya sea directo a superficie en camiones o hasta un chancador primario para que el mineral sea reducido de tamaños, almacenado en tolvas acondicionadas para ello, para que pueda continuar su viaje ya sea por el skip del pique, en cinta transportadora directa a superficie ó en carros de FFCC, Abastecimiento de energía: La mina requiere energía eléctrica junto con una distribución que llegue a cada unos de los frentes de trabajo, en cantidades suficiente para un efectivo trabajo de los equipos. La energía eléctrica ilumina los lugares de trabajo y mueven todos los equipos electrificado como de perforación, de transporte, de ventilación, chancadores, bombas de drenaje y en general todos los equipos mineros que estén conectados a la red eléctrica. Esta energía por mucho tiempo fue complementada con una planta de compresores en superficie, que abastecía de aire comprimido a equipos de perforación neumática, huinches y otras herramientas de uso en la mina, siendo su uso actual muy menor al pasado. Agua industrial: El agua industrial es necesaria para eliminar el polvo en suspensión y remover el detritus generados por la perforación de las rocas. Así, una red de tuberías debe ser instalada en la mina para llevar agua a todo los lugares en que se esté perforando y tronando. Cap 2 -
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Drenaje de minas: Todo los lugares de trabajo de la mina deben mantenerse seco. Al interior de las minas se junta agua en las áreas de trabajo, debido a goteras continuas que provienen de fisuras en las rocas, fallas y al agua industrial utilizada por los equipos de perforación para arrastrar el detritus; Esta agua es acumulada en las mismas galerías y debe ser canalizada hacia niveles inferiores de la mina. Para mantener seca la mina debe necesariamente canalizarse toda el agua ya sea desde donde hay goteras o de las labores de perforación, hasta el fondo de la mina, para que allí sea limpiada y almacenada el agua en estanque dispuestos para ello, y mediante bombas centrifugas enviarla a superficie para su purificación y uso industrial posterior. Ventilación: La ventilación de una mina es fundamental para el desarrollo normal de los trabajos mineros. La calidad del aire en la mina, debe mantenerse de acuerdo a estándares de salud aceptables. La atmósfera regularmente es contaminada por los humos de las tronaduras, el escape de gases de las máquinas diesel, polvos provenientes de los trabajos y también de la respiración de los mineros. Para mantener los caudales de aire requeridos, la mina necesita contar con ventiladores de alta capacidad, ubicados en superficie, aspirando aire fresco e ingresándolo por las labores de entrada, sea este pique o labor subterránea asignada para ello. Al interior de la mina las puertas de ventilación controlan y guían los flujos de aire, dirigiendo los caudales hacia las áreas activas de trabajo. Luego el aire contaminado se recibe y lleva por galerías dispuesta para ello, arrastrando la polución del aire y alejándolo de los frentes de trabajos.
2.2 EVOLUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA MINERA 2.2.1 Galerías de acceso y puntos de extracción del mineral Cada método minero requiere dar forma a su propia infraestructura. Por ejemplo: Acceso de vehículos a subniveles, galerías para la perforación de barrenos de gran diámetro, galerías de producción, habilitación de áreas para la carga de camiones en puntos de extracción o cercano a ellos, etc. Todo lo anterior forma parte de la infraestructura relacionada con los métodos de explotación y la extracción de minerales, labores que son descritas más adelante, junto con la construcción de la infraestructura de la mina subterránea, la cual es complementada con una intricada red de labores, formada por galerías de accesos, rampas, piques y chimeneas, cada una descrita con objetivos precisos y funciones claramente definida. 2.2.2 La minería tradicional compuesta por pique y vía ferroviaria Muchas minas tienen larga tradición en la extracción de minerales por pique con uso de transporte subterráneo por ferrocarril y que abarca varias décadas en su aplicación. Siendo sus prácticas de trabajo completamente diferentes a lo que se realiza hoy en día en la explotación de la minería moderna. Desde siempre, el pique ha sido un importante componente de la mina subterránea, el que debido a su diseño y construcción, contempla una larga vida útil del pique y sus componentes. Hoy podemos encontrar en operaciones piques con más de 50 años de actividad, trabajando con máquinas de extracción de última generación y prestando diversos Cap 2 -
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servicios a los distintos nivel en que se ha dividido la mina. La profundidad de la mina generalmente quedaba condicionada a la altura del pique, dotada con jaula para la elevación de los minerales y proveer de acceso a los lugares de trabajo subterráneo, donde se puede encontrar varios niveles conectados a las áreas de explotación. Respecto al manejo de materiales, la logística contemplaba el transporte por convoyes compuestos por locomotora y carros, convirtiéndose el transporte por ferrocarril en un área crítica, el cual era muy complicado manejar debido principalmente a su rigidez. Para agilizar el transporte se optaba por poner una máquina en cada extremo del convoy separadas en algunos casos por carros cargados con mineral, lastre y materiales de diversos usos, los que a veces quedaban atrapados por diversos problemas ya sea por espera y/o problemas de coordinación. El transporte por ferrocarril contempla una vía principal y lugares de espera, esto permite él transito de trenes en las dos direcciones. El tren que va ingresando a la mina, generalmente lleva carros vacíos y algunos con materiales varios, este convoy puede esconderse en los lugares de espera para dar prioridad al tren cargado con mineral que va saliendo. Esta organización permite un transporte coordinado y seguro. La locomotora lleva los carros cargados con mineral hasta el fondo del pique, retornando con carros vacíos a los frentes de carga; los carros con mineral son introducidos uno a uno en las jaulas del pique y en superficie descargados y retornados al interior de la mina. Para un uso eficiente del pique, se programan horarios de subida y bajada de personal y del material de grandes dimensiones. El pique como componente principal de la infraestructura de la mina y responsable de la producción, la entrada y salida del personal, debe estar rigurosamente programada; así, como todas sus actividades, de manera de optimizar sus horarios de trabajo y cumplir con las normas de seguridad de la mina, que son muy rigurosas en este caso de piques. 2.2.3 Minería con LHD El scoop es un cargador LHD, capaz de cargar, transportar y descargar mineral, en un tiempo reducido, es un cargador introducido a las minas en los años 70 y comprende una poderosa máquina diesel montado sobre neumáticos, con un gran balde, capaz de transportar gran cantidad de mineral en un solo viaje. Este equipo, montado sobre neumáticos, con gran balde y potencia mecánica le otorgó una importante ventaja a la minería subterránea, otorgando un prominente futuro a las explotaciones mineras, al poder trasladarse con facilidad a distintos frentes de producción durante el turno y con capacidad de remontar fuertes pendientes, manteniendo altos rendimientos de producción; con todo estos atributos, el scoop desplazo rápidamente el transporte sobre rieles, el que se convirtió al poco andar en un obstáculo, para continuar operando en la mina, en los frentes de producción. Las máquinas diesel montadas sobre neumáticos, incorporaron un nuevo concepto en el equipamiento de minas. Este nacimiento de la minería sin rieles, trajo una nueva era en la mecanización minera, incorporando máquinas más productivas de alto rendimiento y también obligó a modificar las estructuras tradicionales mineras, apareciendo nuevas galerías de mayores dimensiones y la rampa, la que permitió un rápido acceso a todos los lugares de la mina. 2.2.4 El pique y la rampa Cap 2 -
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El pique con elevación de los materiales usando jaula, fue establecido hace bastante tiempo, al cambiar a una minería sin rieles, las reservas mineras ubicadas en niveles superiores al fondo del pique, son explotadas normalmente, en la forma tradicional. Sin embargo, bajo los 600 m, medidos desde la superficie, se abre la posibilidad de explotar utilizando las nuevas tecnologías, manteniendo la infraestructura de elevar la producción por el pique y una comunicación con los niveles inferiores. Bajo la máxima profundidad del pique, donde la explotación minera continúa con equipamiento montado sobre neumáticos, los que se desplazan por rampas; en este caso las grandes máquinas son desarmadas antes ir a las zonas más profunda de la mina y rearmadas en los lugares acondicionados para ello, también otros componentes voluminosos, mayor al volumen del compartimiento de la jaula, son seccionados en piezas y llevados a la mina para su rearmado en los talleres dispuestos para ello. En este caso el pique continúa siendo la arteria principal de la mina y el personal, materiales y abastecimiento en general, continuar siendo transportado por el pique. En las últimas décadas, se incorporó a los piques el skip, depósito metálico que puede cargarse con mineral haciendo su ciclo de trabajo más eficiente, debido a sus características de trabajo se ha automatizando su carga, descarga y movimiento por el pique, lográndose con ello una mayor producción.
Fig. 2.1 Galerías de transporte de la mina Cap 2 -
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Cuando es posible incorporar a la infraestructura de la mina, una rampa que nazca en la superficie, todo se hace más fácil, las máquinas viajan por si misma por las vías de tránsito, acondicionadas con carpeta de rodado, las máquinas pueden remontar fuertes pendientes y girar en esquinas facilitadas por la planificación de la mina (ver Fig.2.1), otorgando al proceso importantes grados de libertad. En este caso el pique sigue siendo importante para el transporte vertical del mineral, pero ayudado por transporte en camiones montados sobre neumático, que puede utilizar vías diseñadas para ello, como rampas y galerías para alcanzar su destino, disminuyendo con esto, la presión por transporte de producción y transito de personal por el pique. Una buena coordinación entre las distintas áreas de trabajo, siempre es recomendable para el éxito de las operaciones mineras. En resumen, una rampa con pendiente, conecta la mina con sus áreas de trabajo, eliminando el complicado transporte por el pique y también permite el traslado de grandes máquinas al interior de la mina por sus propios medios, todo esto ayuda a descongestionar el pique. 2.3 DESARROLLO DE MINAS El desarrollo de minas envuelve la excavación de rocas con objetivos específicos, que no son otros que la formación de una infraestructura minera, que permita la extracción del mineral en forma expedita, segura y ha un mínimo costo. Cada objetivo tiene diseñado como propósito alcanzar una parte del laberinto que conforman el conjunto de labores mineras. Los objetivos que son motivo de desarrollos son los piques verticales, labores horizontales, rampas inclinadas y chimeneas, (ver fig.2.2). Es importante apreciar desde esta figura, que los desarrollos mineros tienen como objetivo principal dos direcciones la vertical y la horizontal, esta preferencia busca hacer más óptimo el negocio minero. Con relación a las operaciones mineras, la perforación y tronadura en las excavaciones de roca es la que normalmente es aplicada a estas labores, con excepción de la chimenea que puede realizarse, en forma manual, semi-mecanizada y mecanizada por ejemplo con raise borer que es una máquina escariadora, que es una de las técnicas más aplicada y que compite con los métodos manuales. Todas las minas necesitan algunas excavaciones básicas, que incluyen el pique, las vías de transporte y acceso al yacimiento, estación de bombeo, un estanque de acumulación de agua, un taller de mantención básica de equipos, etc. Este desarrollo mínimo es necesario para facilitar los medios auxiliares que se requieren, con independencia de los que se precisan para la extracción del mineral. (ver fig. 2.2) 2.3.1 DESARROLLO DE PIQUES El pique es el primer componente en un programa de desarrollo para minas profundas. El futuro pique, desde el comienzo será excavado a una profundidad de al menos 500 m. La profundidad del pique es importante para la vida útil de la mina, y la seguridad de muchos años de producción; alrededor del pique debe dejarse un pilar de protección para el pique y sus instalaciones, los costos de operación de un pique son alto y su viabilidad sólo es posible en un largo periodo de trabajo y una relación armónica mina-planta. En la construcción del pique, mantener su verticalidad en la etapa de construcción es un trabajo para expertos, además de requiere un equipamiento especializado, considerando Cap 2 -
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ambos elementos lo usual es que la empresa entregue la ejecución de esta obra de ingeniería a un contratista, debido a que realizarlo con personal propio, en la mayoría de los casos resulta mas caro y hay atrasos importantes por falta de experiencia en estas construcciones. El pique puede tener sección; rectangular, circular ó elípticos, existiendo preferencia por los piques circulares, porque es más simple de excavar y la roca resiste mejor los esfuerzos de su entorno que otras secciones.
Fig.2.2 Esquema de explotación de una mina, Ref. www.atlascopco.cl 2.3.2 GALERIAS DE ACCESO Y RAMPAS Cap 2 -
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La incorporación de tecnologías de punta en las minas y al uso masivo de equipos de perforación de carga y transporte montado sobre neumáticos, las rampas cumplen una función fundamental para el ingreso y salida de equipos ya sea de los frentes de trabajo cómo de la mina, en forma independiente, acelerando con ello los procesos involucrados con la producción. Así mismo, la supervisión y los mantenedores de equipos se benefician con estas labores mineras, al permitir un desplazamiento entre distintos puntos de la mina en vehículos livianos en forma ágil y expedita. En este contexto, la construcción de rampas se ha masificado, convirtiéndose en una labor común en el desarrollo de minas; Como medio de acceso, la rampa comunica la superficie con la mina subterránea. Esta rampa también es usada para el transporte de mineral, en yacimientos minero poco profundo, acarreando el mineral desde el fondo de la mina a superficie donde se ubica la planta de proceso. La profundidad a la cual se puede transportar mineral en camiones por la rampa, queda limitado a los costos de transporte, los que se incrementan rápidamente. Las alternativas al transporte antes descrito son el transporte por pique utilizando skip o por cinta transportadora con pendientes por ejemplo de 25%. Estas formas de transporte del mineral que sale de la mina, puede producir que los flujos de caja lleguen a ser positivo tempranamente, así se reduce el riesgo, en la recuperación de la inversión. La construcción de galerías y rampas forman la malla de trabajo de las operaciones que conectan con el pique y las áreas de trabajo en la mina. Los drifs(galerías mineras) son dimensionados de acuerdo a la maquinaria utilizada al interior de la mina, la sección debe incluir un espacio con un margen razonable para vías de tránsito, ductos de ventilación y otras necesidades mineras, como tuberías para el agua, aire comprimido o cables eléctricos. Las secciones más comunes varían de 2,2x2,5 a 5,5x6,00 m2, con áreas de 5,0 m2 a 25 m2. El drifs de 5,0 m2 está considerado para palas montadas sobre rieles (equipo que ya está descontinuado en su fabricación), mientras que una sección de 25 m2 está considerado para labores con transporte por camiones ya sea con mineral o estéril, considerando un espació para ductos de ventilación en labores de desarrollo. La profundidad determina la longitud de la rampa, la que va conectándose a niveles horizontales. Una profundidad media, permiten longitudes más corta de las vías de transito, a grandes profundidades debería evitarse, por razones principalmente económicas en la construcción de largos desarrollos y el sacrificio de la maquinaria. Las pendientes normalmente de la rampa, varían de 1:10 a 1:7, y las más profundas tienen pendientes de 1:5 y con radios de curvas de 15,00 m. Una rampa típica corrida en loops, con pendiente de 1:7 en secciones rectas, reduciendo a 1:10 en curvas. Sí la rampa será utilizada para subir camiones con carga desde niveles inferiores, el camión adquirido debería contar con capacidad y potencia para trabajar considerando las máximas pendientes de la mina, sin disminuir rendimientos ni aumentar costos de mantención. Las excavaciones de drifs y rampas tienen objetivos específicos en la planificación del desarrollo de la mina. Los trabajos de desarrollo tienen frecuentemente asignados equipos especiales. Los equipos de desarrollo cuentan con su propio equipamiento, y la maquinaria Cap 2 -
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necesaria, para cumplir sus tareas, esto les permite movilizarse por toda la mina y da la ventaja de aprovechar al máximo la maquinaria adquirida con esos fines.
2.3.3 EXCAVACIÓN DE ROCAS EN LABORES SUBTERRÁNEAS Galerías y Rampas. La construcción de galerías y rampas es una de las más frecuentes de las operaciones mineras, la cual también, forma parte de la infraestructura básica minera. Las galerías y rampas se pueden clasificar de acuerdo a su sección: Galerías pequeñas de 4 a 20 m2 Galería mediana, 20 a 60 m2 Galería grande, sobre 100 m2 Galerías pequeñas Perforación y tronadura La sección práctica de la galería es alrededor de 4 m², Esta área incluye un espacio para la tubería de ventilación y para el pequeño equipo de excavación. Para galerías de 4 hasta 6 m², se perfora con equipos manual. (ver Fig.2.3)
Fig.2.3Perforación El diámetro de perforación recomendado es de 38 mm, con barrena integral, para un diagrama con barrenos paralelos, se usa barrenos central de gran diámetro, para la cara libre de 64 a 76 mm, la cantidad de barrenos perforado son 26 más un barreno de gran diámetro y se tronan 26 y se deja vacío el barreno central.
Fig 2.4 Diseño perforación y tronadura Diseño de perforación, Diseño de tronadura, atlas copco Explosivo: Dinamita o emulsión encartuchado con 17 mm con un consumo de 40 a 80 gr/m cordón detonante. Detonador: detonador no eléctrico tipo nonel. Galería y Rampas de áreas de 6 a 20 m
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Cuando la sección de la galería o de la rampa tiene secciones cómo la indicada es posible usar equipos de perforación más eficiente como los jumbo Boomer de Atlas Copco, de dos brazos. (ver fig.2.5)
Fig.2.5 equipo de perforación El diagrama de disparo puede ser muy similar al anterior, pero con perforación de diámetro de 48 a 50 mm, con profundidades de 3,30 a 4,0 m, y un barreno central de 76 mm.
Fig.2.6, Equipo perforando Un diagrama de disparo típico para un área de 16,0 m2 de una galería ó rampa, el número de barrenos requeridos puede ser de 45 más el barreno central. (ver Fig. 2.7)
Fig. 2.7 Diseño de perforación y tronadura, atlas copco
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Los explosivos recomendados: dinamitas, emulsiones ó slurry; siendo los tronadura más eficientes la que utilizan anfo y emulsiones. Sistema de iniciadores: se recomienda los sistemas entubados no eléctricos 2.3.4 Chimeneas Las chimeneas son labores para operaciones mineras que pueden ser verticales o inclinadas, que conectan distintos niveles de la mina, tienen diferentes alturas según su función. Las chimeneas, pueden ser: vías de acceso para llegar a su lugar de trabajo, para el traspaso de mineral desde niveles de vaciado de mineral a niveles de transporte, para ventilar zonas de explotación o como parte de un circuito de ventilación de la mina. La inclinación de las chimeneas puede variar desde los 55º hasta la vertical. Los menores ángulos quedan limitados al ángulo de reposo del mineral, que baja gravitacionalmente desde la roca tronada. Las secciones de las chimeneas varían desde 4,00 a 6,00 m2. La chimenea cuadrada 2x2 m2 es una sección común. Chimeneas escavadas en forma manual. La excavación de chimeneas en forma manual, es un trabajo duro y peligroso, aun así deben ser ejecutadas. Un ejemplo de chimeneas manual, es de dos compartimientos donde los mineros construyen una pared de madera que divide la chimenea en una parte como acceso y otra para el traspaso de la roca. La sección de la parte de acceso es usada por los mineros para escalar la chimenea por la pared y llegar al lugar de trabajo con menos riesgo de caída de rocas. En el frente de trabajo, se realizan las tareas habituales de avance: colocación de andamios, perforación, tronadura, fortificación y acuñadura de rocas. En la construcción de la chimenea manual, el 100% de los esfuerzos utilizados en el avance es realizado por los mineros. Un ciclo de trabajo típico sería: Subir al frente de trabajo, al interior de la chimenea, poner andamios, botar roca suelta, perforar round de barrenos, colgar equipos de perforación, cargar con explosivos los barrenos, amarrar tiros, desarmar andamios y colgar tablones, verificar ventilación chimenea, bajar y salir de la chimeneas y finalmente tronar. Las alturas de las chimeneas manuales están limitadas a 50 m, debido a lo pesado del trabajo al que está expuesto el minero. Chimenea con jaula escaladora La incorporación de jaulas escaladoras como por ejemplo la jaula alimak, elimina en parte la dureza del trabajo, como es subir por la pared de la chimenea y el trabajo de botar la roca suelta es menos peligroso y también se elimina la construcción y desarme de andamios; pero el resto de los trabajos continúa exactamente igual. La jaula escaladora protege al minero y otorga mas seguridad debido a que el minero en todo momento ya sea viajando al frente perforando, no hay posibilidad de que sea golpeado por caída de rocas. La jaula escaladora permite excavar chimeneas con alturas de 100 m, sin ninguna dificultad. Una jaula escaladora con motor diesel puede alcanzar alturas de 300 m o más.
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Chimenea con barrenos largos La chimenea construida con barrenos largos, para casos de chimeneas cortas, la técnica aplicada corresponde al VCR (Vertical Crater Retreat) y se utiliza para hacer caras libres de un sub level stoping, en la construcción de chimeneas de ventilación entre niveles y otras labores mineras. En la construcción de chimenea con barrenos largos, se perfora todo el banco de perforación desde el nivel superior al fondo. La tronadura es realizada en etapas desde el fondo hacia arriba. La precisión de la perforación es esencial para el éxito de la tronadura. En la perforación se utilizan los mismos equipos de producción, evitando con esto inversiones adicionales para este tipo de trabajo. También, es posible perforar y tronar una chimenea tipo spot desde abajo con ninguna operación en la parte superior, una chimenea ciega. Esto requiere muy buena práctica en las tareas de perforación y carga. Aun así la práctica de este método esta limitado a alturas de 10 a 15 m, sin embargo hay experiencia en la construcción de chimeneas por este método de hasta 70 m. Raise boring La máquina raise boring, es una máquina capaz de realizar chimeneas quebrando la roca mediante la fuerza mecánica. La instalación de esta máquina se realiza en el nivel superior de llegada de la chimenea. Una vez montada y apernado convenientemente él
Fig. 2.8. raise borer equipo y sus accesorios, se perfora un barreno piloto (sondaje) de 11 pulgadas de diámetro, con barras de 4 pies de largo y 8 pulgadas de diámetro, una vez recorrido el barreno piloto, se reemplaza el tricono por la cabeza escareadora con la sección deseada, procediendo agrandar el barreno en sentido contrario aplicando rotación y fuerza de tracción a las barras. A medida que se avanza, las barras van siendo retiradas, los detritus de la perforación y escariado son extraído por la acción de la gravedad desde la galería inferior. (ver Fig.2.8)
2.4 MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEOS Los métodos de explotación que se estudiarán a continuación, corresponden a aquellos métodos más utilizados en la actualidad por la industria minera y que tiene como base la realización de sus operaciones mineras subterráneas con equipos montados sobre neumático.
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2.4.1 ROOM AND PILLAR El método de explotación por caserones y pilares debe ser sin duda, uno de los primeros métodos aplicados por los mineros, debidos básicamente a su simpleza; a medida que se va avanzando en la extracción del mineral, se van dejando pilares que dan soporte a las áreas explotadas y brindan protección al personal y equipos. Su aplicación se realiza en mantos de poco espesor; ejemplo de ello son: depósitos sedimentarios de carbón, caliza y arcillas de cobre, en areniscas con contenidos de plomo, en mantos de carbón, de sal y potásicos. 2.4.1.1 DESCRIPCIÓN El Room and Pillar, es un método donde la mineralización es recuperada de caserones abiertos y se dejan pilares de mineral para soportar y controlar las paredes y luz entre pilares. La máxima recuperación de mineral se logra dejando pilares lo más pequeño posible, es deseable que las cajas del manto permanezcan en lo posible intactas; pero, cuando ello no es posible se puede reforzar el techo de los caserones y pilares con pernos de anclaje cementados o mecánicos. En este método los pilares normalmente son arrancados sistemáticamente, pueden tener cualquier forma y sección, generalmente cuadrados, circulares ó en forma de paredes alargadas, los que van manteniendo separados los caserones. El mineral contenido en los pilares no es recuperado y por esto, las minas no lo incluyen como reservas de mineral.
Fig. 2.9. Room and Pillar clásico, dos fases, atlas copco
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Una variedad de caserones y pilares son construidos por los mineros, debido principalmente a diferentes condiciones geológicas. De acuerdo a ello se pueden clasificar según Atlas Copco, en tres variedades típicas: 2.4.1.2 ROOM AND PILLAR CLÁSICO (ver Fig.2.9) Su aplicación corresponde a mantos horizontales de moderado espesor a grande, también en depósitos inclinados con grande espesores. Los yacimientos mineros son explotados dejando largos taludes abiertos, los que son creados para máquinas de transporte como los camiones o cintas transportadoras, los que pueden llegar al fondo de la zona de explotación. Aquellos mantos de gran espesor son explotados en capas horizontales considerando dos fases, la primera para un avance del tipo galería, en la parte superior y una segunda fase, la parte inferior explotada en forma de banco con perforación de gran diámetro. DESARROLLOS La explotación del manto por medio de caserones y pilares requiere sólo de un mínimo de trabajo de desarrollos. Las vías de transporte para el movimiento del mineral y comunicación entre caserones en explotación, son ordenadas al interior de la mina según el avance experimentado por la extracción de mineral desde los caserones, los que perfectamente pueden seguir ruta por zonas ya explotadas. PRODUCCION La producción en base a caserones y pilares, en yacimientos horizontales o de escaso buzamiento hasta 4 metros de potencia con techo de mineral competente se puede explotar en un solo escalón, aplicando técnicas modernas de perforación y tronadura. En este caso, el avance de la explotación, se realiza tal como si fueran galerías normales, donde la dimensión de la labor es igual en ancho y alto, dando lugar a los caserones, los que de acuerdo a condiciones geológicas favorables, estos pueden ser largos y con grandes caras de perforación, parejas útiles para la mecanización de la producción.
Fig.2.10 Scoop Cuando el manto mineralizado se presenta de gran altura, hasta 20 metros, la explotación se realiza en etapas. Se comienza en la parte superior, de igual forma a lo descrito para un Cap 2 -
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escalón, controlando pared y techo, mediante la colocación de pernos de anclaje en los lugares que corresponda y aprovechando la altura de esta fase. La segunda etapa es explotada por banqueo, ya sea en una etapa o más escalones o peldaños, manteniendo planos horizontales, usados para desarrollar la perforación vertical de gran diámetro y la tronadura de bancos que es la más usada convencionalmente. La perforación horizontal tanto en la primera como en la segunda fase, prácticamente es una alternativa, con avance similar al de galerías, limitados a la longitud de perforación. MOVIMIENTO DE MINERALES Con la tronadura, comienza el movimiento del mineral. Este es cargado desde la pila formada por el mineral fracturado, con equipo diesel y carga a diferentes sistemas de transporte usados, considerando altura del manto y la distancia de transporte.
Fig.2.11 Camión de bajo perfil La altura del manto permite seleccionar el tipo de transporte que resulte más económico desde los caserones a los puntos de acumulación. Para mantos delgados, los camiones utilizados son de bajo perfil (ver Fig.2.11) y cuando los mantos son muy bajos se puede utilizar para la carga el scoop (ver Fig.2.10). Este equipo excava el mineral de la pila y lo lleva a puntos de transferencias, ubicado a una distancia que no debiera superar los 100 metros. RESUMEN Este método es ideal, para incorporar equipamiento de alto rendimiento, debido a las características de los caserones, ya sea en mantos mineralizados horizontales o inclinados. Los caserones y pilares son trazados sistemáticamente, asegurando una alta producción en las áreas establecidas y avanzando en dirección en forma simple. Todos los factores que participan en las distintas etapas tienen una alta utilización, tanto el personal como la maquinaria, obteniéndose a consecuencia de ellos altos rendimientos. 2.4.1.3 POST ROOM AND PILLAR (ver Fig.2.12) Su aplicación es a cuerpos mineralizados en forma de manto, con ángulos de inclinación entre 20º y 55º con espesores de gran altura, donde el espacio dejado por la explotación, Cap 2 -
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posteriormente es rellenado con estéril. El relleno ayuda a estabilizar los pilares y sirven de plataforma mientras se prepara la siguiente capa para extraerlas DESCRIPCIÓN La minería por post and pillar, se llama a una distribución de caserones y pilares que se explotan en corte y relleno de caserones. La explotación por post pillar recupera la Mineralización en capaz horizontales, comenzando en los niveles inferiores, en las capas más profundas de la zona mineralizada y avanzando en forma ascendente. A medida que la explotación avanza, Los pilares que soportan el techo, se pierden por el relleno de los caserones. El material utilizado en el relleno, es relave traído desde la superficie, el método requiere que se mantengan pisos horizontales, para no afectar la extracción de las siguientes capas de mineral y también el movimiento de la maquinaria. El relleno de los caserones alarga el soporte de los pilares contribuyendo a dar un mejor soporte al pilar.
Fig.2.12 Post Room and Pillar, atlas Copco RESUMEN El post Pillar combina las ventajas del cut and fill, trabajando en caserones con piso plano y allanando el fondo con el relleno del escalón del caserón y pilar en explotación. Fácil acceso a múltiples puntos de producción, favoreciendo el trabajo de equipos mecanizados en forma eficiente con grandes rendimientos en producción. El relleno de arena provee posibilidades de modificar los planos de los peldaños, adaptándose a un post pillar con variantes según condiciones de la roca y del mineral. El Cap 2 -
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relleno incrementa el soporte del pilar, permitiendo altos grados de recuperación, mayores a los obtenidos en el Room and pillar clásico. A medida que la explotación avanza, Los pilares que soportan el techo, se pierden por el relleno de los caserones. El material utilizado en el relleno, es relave traído desde la superficie, el método requiere que se mantengan pisos horizontales, para no afectar la extracción de las siguientes capas de mineral y también el movimiento de la maquinaria. El relleno de los caserones alarga el soporte de los pilares contribuyendo a dar un mejor soporte al pilar. RESUMEN El post Pillar combina las ventajas del cut and fill, trabajando en caserones con piso plano y allanando el fondo con el relleno del escalón del caserón y pilar en explotación. Fácil acceso a múltiples puntos de producción, favoreciendo el trabajo de equipos mecanizados en forma eficiente con grandes rendimientos en producción. El relleno de arena provee posibilidades de modificar los planos de los peldaños, adaptándose a un post pillar con variantes según condiciones de la roca y del mineral. El relleno incrementa el soporte del pilar, permitiendo altos grados de recuperación, mayores a los obtenidos en el Room and pillar clásico.
Fig. 2.13 Step Room and Pillar, www.atlascopco.cl Cap 2 -
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2.4.1.4 STEP ROOM AND PILLAR (ver fig.2.13) Es una adaptación de la minería sin rieles a cuerpos mineralizados con fuerte pendiente, que permite el transporte con vehículos montados sobre neumáticos en ángulos especialmente orientados al movimiento de vehículos por galerías y rampas de pendiente relativa, creados para áreas de trabajo a nivel con avance hacia el fondo. Este método permite aplicar equipamiento montados sobre neumáticos tanto en la perforación como en la extracción del mineral en mantos con fuerte pendiente. La explotación avanza hacia abajo y a lo largo de los escalones del caserón. APLICACIÓN Aunque las aplicaciones generalmente no pueden cubrir totalmente todo los casos, dada la gran variedad de espesores de los mantos, es recomendable su aplicación en mantos tabulares con espesores de 2,0 a 5,0 metros y pendientes en rangos de 15º a 30º. DESCRIPCIÓN La planificación de los escalones en los caserones mineros, debe considerar las vías de transporte, las que deben seguir la pendiente de la mineralización y considerar el ángulo que la rampa y el talud permite subir a los equipos montados sobre neumáticos en forma cómoda. Por la orientación de los escalones y a lo largo del avance de la explotación del mineral; los escalones del fondo asumen el ángulo que le es más fácil atravesar con vehículos diesel. DESARROLLO Los desarrollos principales para minería por step room incluyen una malla formada por galerías de transporte paralelas y transversales al cuerpo mineralizado y en direcciones predeterminadas. Las galerías del fondo con grados adecuados para el transporte de los camiones seleccionados. PRODUCCIÓN DE MINERAL Los escalones son atacados desde las galerías de transporte, escalando caserones en ángulos que predeterminan la malla a seguir. Los escalones avanzan en dirección de modo similar a una galería, también quebrando hacia delante la vía de transporte. Junto al escalón, es excavada una galería similar o en forma de cuchilla lateral, luego se excava un escalón más bajo siguiendo la pendiente, el que va adyacente a la vía principal de tránsito. Este procedimiento es repetido, una y otra vez. Con respecto a la luz del techo, alcanza anchos que permanecen estables a pesar de la perdida de una parte de los pilares que entra en contacto con la vía de transporte; los pilares son aguzados como una tira alargada, paralela a los escalones. En una explotación continua, avanzando hacia abajo, el procedimiento seguido se puede apreciar en la figura del método por step room and pillar
2.4.2 SUB LEVEL STOPING Método de gran aplicación en la mediana y pequeña minería, por su alto rendimiento debido a la aplicación de equipos montados sobre ruedas. Cap 2 -
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Fig. 2.14 Mina el soldado, SubLevel Stoping PRINCIPIOS Este método consiste en arrancar el mineral a partir de subniveles mediante disparos efectuados en planos verticales a los subniveles, los barrenos para efectuar la tronadura Cap 2 -
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pueden ser paralelo en vetas angostas o en abanico en el caso de vetas potentes, cuando la mineralización se presenta en forma de bolsones de mineral, también, se puede aplicar barrenos paralelos con intercalación de pilares en el nivel de perforación(ver la fig. 2.14, aplicación método Sub Level stoping, mina el Soldado). CAMPO DE APLICACIÓN Vetas estrechas: Desde vetas con pendientes fuertes y espesores de hasta 1,0m a vetas con pendiente de por lo menos 50º de manera que el mineral competente Escurra sólo por efecto de la gravedad, sobre las cajas del yacente que deben tener una roca también competente, en ambas cajas y una mineralización regular en sus contornos. Vetas ponientes o mantos: cuya pendiente deseable sea mayor a 60º con respecto a la horizontal. En este caso además se requiere que las características mecánicas del mineral como de la roca adyacente sean de buena calidad, para reducir la dilución y también por razones de seguridad. Cuerpos masivos: Se requiere también buenas características del mineral y de la roca comprometida. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO Arranque: En vetas angostas la perforación se puede realizar mediante barrenos verticales, hacia abajo, utilizando para ello equipos de perforación como DTH o Simba u otro equipo similar. Previamente se deberá desquinchar el nivel de perforación a lo ancho de la veta, cuando la galería inicial sea más angosta que el ancho del nivel de perforación final. En vetas más anchas o cuerpos masivos, se puede también perforar barrenos paralelos, para ello se deberá tener en consideración: que el mineral sea competente y que los trabajos de ensanchamiento del banco de perforación debe considerar una limpia de toda el área de perforación, atrasando con ello los trabajos de producción; en algunos casos cuando se quiere evitar los trabajos de ensanchamiento y de limpia, se opta por la barrenadura en abanico ó radial. La separación entre planos verticales es variable y depende de la roca mineralizada, variando entre 1,20 y 2,50 m y el ancho de la cara libre de 2,0 m. En perforaciones en abanico ó radiales, debe extremarse el cuidado en la separación de los barrenos en el fondo, para evitar la formación de bolones es así que en rocas muy duras esta separación no debiera ser mayor a 1,80 m y en rocas más blandas puede llegar a 4,0 m la separación entre barrenos en el fondo. La separación entre subniveles ó niveles de perforación depende básicamente del equipo de perforación, la política actual es reducir el número de estos, al interior del caserón en explotación, considerándose como óptimo un solo nivel de perforación, en vetas verticales o bolsones de mineral y de más de uno en vetas inclinadas. El diseño de caserones corresponde a paralelepípedos, por tanto en vetas irregulares, el diseño de estos, deberá considerar la decisión de perder mineral ó contaminarlo con algo de roca cuando se enfrente a esta situación. Los largos más comunes de los caserones varían entre 80 y 120 m.
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MANEJO DEL MINERAL Para la excavación del mineral desde la zanja se utiliza scoop; equipo de bajo perfil, como ya se ha dicho, de alto rendimiento. Este equipo puede cumplir funciones de pala para cargar camiones en puntos de transferencia ubicados entre 100 y 150 m, desde los puntos de extracción de mineral o también funciones de LHD, vaciando el mineral en pique o tolvas de almacenamiento. Estos puntos de acumulación de mineral, cuentan en su base con buzones, generalmente electro-hidráulico para la carga de camiones en un nivel de transporte principal. La ubicación de los subniveles ó banco de perforación, pueden ir a un costado de la veta y pegado a las cajas como se muestra en las Fig.2.15 a y c de los métodos de explotación presentados por Atlas Copco. y que según el ancho de la veta y el largo de la perforación del equipo perforador, se ubicará un solo subnivel cómo lo indica en la Fig. 2.15 a ó un subnivel frente a otro como se muestra en la Fig.2.15 c. Otras alternativas de ubicación del banco de perforación son: al centro de la veta efectuando barrenadura radial en todas direcciones, alternados por las cajas de la veta, combinando barrenadura vertical y radial. En vetas inclinadas los bancos de perforación se ubican como lo indica la Fig.17b y en caso de una veta muy angosta, incluso se debe socavar parte de las cajas para que las operaciones mineras de perforación y extracción del mineral se puedan desarrollar con normalidad.
Fig.2.15a
Fig.2.15b
Fig.2.15c
ESQUEMA DE RECEPCIÓN DEL MINERAL, EXCAVACIÓN Y GALERÍA DE PRODUCCIÓN En el sub level stoping actualmente la recepción del mineral se realiza en zanjas que tiene como fondo una galería zanja, generalmente de 4,0x4,0 m2. Desde la galería zanja se construye la zanja y el undercut a partir de una barrenadura larga de hasta 25 m. El undercut es un corte inferior que se realiza al caserón con la finalidad de disminuir subniveles y también para aumentar la capacidad de recepción de la zanja debido al esponjamiento de mineral, tronado en los bancos de perforación, los que pueden tener alturas de 70 a 80 m. El mineral almacenado en la galería zanja es excavado por un scoop, el que se moviliza por la galería de producción que va paralela a la galería zanja, e ingresa por las estocadas a extraer el mineral. Ver las figuras a y c, en su parte inferior. Una vez excavado el mineral, éste es llevado por el scoop a puntos de carga y/o de vaciado dispuesto para ello. Cap 2 -
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Cara libre: El comienzo de la explotación se inicia en un extremo del caserón, para ello previamente hay que construir una cara libre; esta cara libre es un corte de 2,0 m aproximadamente, que se realiza a lo ancho y alto del caserón y su construcción se inicia con una chimenea, que comienza en la galería zanja y sube a todo lo alto del caserón, cortando los subniveles cuando hay más de uno en su interior. Una vez que la chimenea ha sido concluida se ensancha con un arranque en toda dirección hasta completar el corte.
2.4.3 SHRINKAGE Método de explotación utilizado en la minería del oro con bastante éxito
Fig. 2.16 Método Shrinkage PRINCIPIOS La característica fundamental de este método de explotación, es que en las cámaras o caserones, el mineral se arranca en sentido ascendente, dejando que el mineral se acumule dentro de ellos. Sobre el montón así formado, se colocan los mineros; los minerales fracturados constituyen la plataforma de trabajo, proporcionando al personal un apoyo relativo, al mismo tiempo que apuntalan parcialmente las paredes del espacio ya explotado, sustituyendo así el relleno propiamente tal. Cómo el volumen del mineral tronado es mayor al del estado in situ, después de cada disparo debe ser evacuado del caserón, una cantidad de mineral equivalente al esponjamiento experimentado. Cap 2 -
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Entre el piso formado por el mineral fracturado y el techo, que constituye el techo de trabajo, se deja normalmente un espacio para la realización de las operaciones mineras de 2,0 m de alto. Una vez que se termina de arrancar todo el mineral del caserón y que por tanto ya no es necesario que entren personas a trabajar, se vacía todo el mineral fracturado, extrayéndolo desde el nivel inferior, luego que se extrae el mineral y según condiciones del yacimiento se dejará el caserón vacío. CAMPO DE APLICACIÓN Se aplica preferentemente a vetas de poca a mediana potencia. También, se puede aplicar en mantos muy potentes, dividiéndolo en caserones verticales, separados por pilares ó en vetas muy potente colocando los caserones de modo que su eje sea perpendicular a la corrida de la veta. Condiciones de aplicación Buzamiento mayor a 60º Yacimientos de forma regular Mineral debe ser resistente para dar seguridad al personal La mena debe ser de valor uniforme y en lo posible sin incrustaciones de estéril Las cajas deben ser de roca muy sólida(competente) para evitar desprendimientos o desgaste por roce La potencia no debe ser menor a 0,80 m No debe oxidarse el mineral con facilidad El mineral no debe ser quebradizo RECEPCIÓN DEL MINERAL, ZANJA Y GALERÍA DE PRODUCCIÓN Actualmente el esquema más utilizado, corresponde a una labor receptora de mineral(tipo zanja), que corresponde a una galería construida por la veta, del ancho de la veta, la que se encuentra unida a una galería de producción, que corre paralela a la veta, estas dos labores están comunicada por estocadas, las que permiten el acceso del scoop a la zona de acumulación del mineral, para la excavación del esponjamiento y su traslado a los puntos de carga de camiones o de traspaso a otro nivel. En la recepción del mineral, también se puede utilizar embudos, como se muestra en la Fig.2.16 método Shrinkage; el uso de embudo sólo acarrea más trabajos, debido a que se debe dejar un pilar para la construcción de los embudos, cada par de embudos alimenta con mineral a una estocada por donde ingresa el equipo de carga y sobre los embudos debe hacerse una labor del largo del caserón (muy similar a una galería zanja) para iniciar la explotación ascendente. Este método fue muy usado, para el carguío con palas montadas sobre rieles, equipos que ya no se usan en minería. Las dimensiones de los caserones tienden a ser pequeñas de 25 a 30 m de alto y lo mismo de largo. El acceso de los mineros a sus lugares de trabajo, se realiza por chimeneas construidas en los pilares, que van a los costados del caserón en explotación y también lo pueden hacer Cap 2 -
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descendiendo por la chimenea de ventilación, que va por el centro del caserón y que evacua los gases y polvo en suspensión. La chimenea de ventilación mantiene comunicada las áreas de operación con el nivel superior. Las chimeneas se realizan en mineral, en pilares que tiene espesores de 4 a 5 m. Al interior del caserón pueden dejarse pilares ya sea natural o artificial, con el fin de sostener las paredes del caserón.
2.4.4 CUT AND FILL PRINCIPIOS Es un método ascendente (por realce); el mineral arrancado en este caso se evacua totalmente y se reemplaza por un material estéril (relleno) que sirve de piso de trabajo a los equipos y personal de operaciones y al mismo tiempo permite sostener las paredes del caserón y en algunos casos especiales el techo. APLICACIÓN Las explotaciones mineras por corte y relleno es aplicado a cuerpos mineralizados de fuerte buzamiento y en estratos con buena a moderada estabilidad y una mineralización comparativamente de alta ley. El Cut and Fill, permite mejor selectividad que otros métodos como el Sub Level Stoping; pero, el Cut and Fill es preferido para cuerpos mineralizados donde las cajas son irregulares y se encuentran varias vetas mineralizadas dispersas. Por tanto este método permite una explotación selectiva, con alta recuperación de mineral a pesar de encontrarse la mineralización separada y dejar abandonado en los caserones minerales de baja ley.
Fig.2.17 Método Cut and Fill
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DESCRIPCIÓN Cut and Fill, excava el mineral en capas horizontales, comenzando el corte en el fondo y avanzando hacia arriba. El mineral es perforado, tronado y excavado con scoop desde las áreas de operación y trasladado a puntos de transferencia de mineral con carga a camiones o vaciado en puntos de traspaso de mineral con dirección a niveles de transporte. Cuando el mineral de una capa ha sido completamente retirado se rellena con arenas, rocas de labores en desarrollo, estériles de superficie, etc. El relleno sirve también para soportar las paredes del área en explotación y de piso para los equipo, tanto la extracción cómo el relleno se realiza con scoop. (ver Fig.2.17) DESARROLLOS (ver Fig.2.18) Los desarrollos actuales del Cut and Fill incluye: Vía de transporte paralela y a lo largo de la zona mineralizada y también en el nivel principal Corte inicial en la base de inicio del caserón, con sistema de drenaje para el agua en caso de relleno con relave Rampa en espiral con conexión a las galerías de acceso a los caserones Chimenea conectada al nivel superior para ventilación e ingreso de material estéril La separación estéril mineral conlleva una dificultad que se resuelve colocando separadores de pisos: generalmente estos los separadores dependen de la ley del mineral a extraer; por ejemplo en la mina el Indio, cuando las leyes eran muy buenas ponían como separador de piso una capa de asfalto, pero cuando las leyes disminuyeron, el piso era cubierto con correas transportadoras usadas, en otras minas han usado separadores como rieles, tablones, etc.
Fig. 2.18 Cut and Fill, extractado de atlas copco
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2.4.5 SUBLEVEL CAVING PRINCIPIOS Este método al igual que el Sub Level Stoping, consiste en arrancar el mineral a partir de subniveles mediante tiros en abanicos y dispuestos según planos verticales o con una cierta inclinación con respecto a la vertical; pero, posee ciertas características que lo diferencian del Sub Level Stoping: Es un método por rebaje El carguío del mineral Arrancado se efectúa en los mismos subniveles de arranque La cara libre principal sobre la cual actúa el explosivo, permanece siempre en contacto con el mineral arrancado o derrumbado, mientras que en el Sub Level Stoping, se tiene un caserón vacío al frente. El hundimiento del techo no tiene mayor importancia, ambos métodos se encuentran entre los más productivos y al mismo tiempo entre los más económicos. Sub Level Caving es una adaptación a cuerpos mineralizados de grandes dimensiones con fuerte pendiente y su prolongación en profundidad. La estabilidad de la roca mineralizada debe ser lo suficientemente competente para permitir el desarrollo de subniveles de producción para que permanezcan abiertos, durante el tiempo que se realizan los trabajos de operaciones mineras, algunas veces es posible poner algunos pernos de anclajes para mejorar su sostenimiento natural. Especial preocupación debe prestarse a pequeñas fracturas para evitar deslizamiento de rocas y también debe controlarse las zonas hundidas en superficie para que el mineral pueda hundirse en forma normal. (ver Fig.2.19) El hundimiento de la masa rocosa requiere que ambos materiales, tanto la roca mineralizada como la roca huésped fracturen bajo condiciones controladas, así la explotación minera, remueve la roca mineralizada en contacto con estéril y el manejo del mineral se realiza con ayuda de las cajas, que favorece el control del hundimiento en las galerías en producción; esta situación genera efectos continuos de subsidencia en superficie, producto de la explotación y pueden dar origen a zonas peligrosas debido al movimiento continuo de las rocas hundidas. El hundimiento continuo va creando un vacío, en las cavidades de la roca en superficie y es importante controlarlos para evitar colapsos repentinos, los que pueden ser dañinos para las instalaciones al interior de la mina. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO La extracción de mineral por Sub Level Caving, vía subniveles, requiere de desarrollos tanto en la zona mineralizada cómo en el espacio regular y vertical. Una planificación sistemática de cada uno de los subniveles, considera galerías paralelas, en la sección del cuerpo mineralizado. A lo ancho de la roca mineralizada, las galerías de producción (subniveles) comienzan desde la caja cercana a las labores de acceso y traspaso de mineral y en cruces continuos, se avanza hacia la caja de explotación del mineral. En cuerpos mineralizados, más angostos, las galerías de producción son dirigidas en la misma dirección de la veta, desde un centro hacia el corte inicial de la explotación. Cap 2 -
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Fig. 2.19 Extracto, Sub Level Caving, www.atlascopco.cl DESARROLLOS El volumen de desarrollos a preparar en este método es extenso, comparado con otros métodos mineros. Sin embargo, los principales desarrollos en galerías a preparar son los subniveles. La construcción de galerías de producción es una simple rutina de trabajo para la mecanización de la mina. Los subniveles desarrollados deben tener un comportamiento eficiente, para un medioambiente de múltiples lugares de trabajo y sus resultados son evaluados según los rendimientos del equipo de perforación y de carguío. Una rampa de conexión es necesaria para unir los diferentes subniveles y comunicar con el nivel de transporte principal. También, se deberá definir una localización estratégica para ubicar una buitra, para el traspaso de mineral desde los subniveles al nivel de transporte, a lo largo de estos subniveles puede existir más de una buitra, lo que dependerá de la longitud de la zona mineralizada, para el vaciado de mineral con scoop. El mineral es tomado en los subniveles y vaciado en una buitra hacia un nivel de transporte principal donde se puede utilizar camiones para el traslado del mineral a la planta ó punto de transferencia. PERFORACIÓN LARGA DE GRAN DIÁMETRO En los subniveles de perforación de gran diámetro en mineral, la ventilación sigue un modelo del tipo soplante, la que es importante debido a que los subniveles son labores ciegas y la ventilación generalmente contiene aire viciado, debido a que el aire entra y sale por la misma labor, a pesar de ello el caudal de aire debe ser el suficiente, para el desarrollo normal de toda las operaciones mineras. La perforación de gran diámetro se realiza en forma independiente de otras actividades mineras y marcha delante de otras tareas que le siguen. El equipo de Cap 2 -
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perforación en este método, puede trabajar en etapas en un subnivel ó puede barrenarlo en forma completa, lo que dependerá de la planificación de la producción de la mina y del número de equipos de perforación. La tronadura en cada subnivel comienza en la caja más cercana al hundimiento. La explotación luego de cada tronada, retrocede hacia el acceso principal. Los mineros esperan a que el hundimiento, siga aproximadamente según la dirección de los mayores esfuerzos, concentrándose en los frentes de trabajo y zonas adyacentes a las galerías de explotación. Una sección ó corte de la zona de hundimiento, muestra sobre los subniveles, un avance escalonado, más cerca de la entrada en los subniveles superiores y más lejos en los inferiores. Para la tronadura, en la perforación de gran diámetro, las galerías de producción deben estar dotadas de ventiladores con caudal suficiente para arrastrar los gases generados por el fracturamiento del mineral; teniéndose en consideración el modelo de ventilación utilizado en estos frentes de trabajo. Como el hundimiento llena de rocas fracturada el área de explotación, el mineral tronado permanece en contacto con el estéril todo el tiempo, cubriendo al mineral. La excavación del mineral se realiza con scoop, especial cuidado debe tenerse con la dilución, sobre todo al final del proceso de carga debido a que debe evitarse extraer roca estéril, junto con el mineral. Al término, de la carga de mineral en el subnivel de producción, el operador del scoop estará en condiciones de ir a cargar mineral a otro subnivel. MANEJO DEL MINERAL El manejo de mineral comienza con el carguío de mineral fuera del área de hundimiento, excavando y transportando su carga hacia los lugares de vaciado en la buitra más cercana, alcanzando esta forma de trabajo, condiciones ideales para el cargador LHD. Los subniveles son diseñados considerando longitudes de trabajo de acuerdo al tamaño de los scoop. Para el transporte fuera de estos subniveles, se ocupan otros equipos más eficientes como por ejemplo los camiones. Los scoop pueden trabajar en operaciones continuas, iniciando su tarea en una galería de producción, dejarla limpia y trasladarse a otra área, inmediatamente a continuar la excavación de mineral. La dilución producida por el contacto del estéril con el mineral, deja perdidas de mineral, producto del hundimiento. La dilución puede variar entre 15 a 40% en el mineral excavado y el mineral abandonado puede variar entre 15 y 25% dependiendo de las condiciones locales. Sin embargo, la dilución es la menos influyente de las variables, si se evalúan los límites de la mineralización y las bajas leyes de mineral de la roca de caja. Esto no representa problemas en minerales magnéticos, con bajas leyes, debido a que la separación se puede realizar por simple separación magnética, en cambio en minerales sulfurados ocurre lo contrario, los estériles son refinados por costoso procesos de flotación.
2.4.5 BLOCK CAVING DEFINICIÓN En general, en explotación de minas, se denomina “caving” a toda operación destinada a provocar el hundimiento de las rocas, mediante la utilización de los “esfuerzos naturales” que ejercen los terrenos alrededor de la zona de interés. Cap 2 -
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PRINCIPIOS DEL MÉTODO Los esfuerzos que actúan en un lugar y a cierta profundidad en un yacimiento, tienen su origen en el peso de las rocas, hasta la superficie y en los fenómenos externos al yacimiento, tales como movimientos horizontales debido al movimiento de placas en la corteza terrestre. Todo macizo rocoso perteneciente a un yacimiento, permanece en equilibrio mientras no se cree un hueco lo suficientemente extenso en su interior, de modo que se rompa el equilibrio existente creando una redistribución de esfuerzos en su alrededor. La estabilidad de este hueco dependerá de sus dimensiones, competencia de la roca y de los esfuerzos existentes en el área. Sí la resistencia de la roca no es suficiente para soportar el cambio de solicitaciones, éstas socavarán hasta llenar el hueco con material fragmentado de distinta densidad. Una vez lleno el hueco se genera una fuerza de reacción que restablece el equilibrio. Si se extrae el mineral fragmentado a medida que se socava, el equilibrio no se restablece y la socavación continuará hasta la superficie. El block caving se basa en este principio, el cual consiste en crear un hueco de manera que la dinámica de desplome no se detenga, extrayendo el mineral por una malla de puntos ubicados en la base del block. CAMPO DE APLICACIÓN DEL MÉTODO El Block-caving es aplicado cuando se quiere realizar explotaciones mineras a gran escala, en yacimientos de baja ley y cuerpos minerales masivos con grandes dimensiones en sentido horizontal como vertical y se cuenta con una masa rocosa mineralizada con propiedades para un fragturamiento controlado en bloques, desde los niveles de producción, con un control de la subsidencia en superficie. Este método con estas condiciones se ha aplicado en depósito de minerales de hierro, de cobre de baja ley y en mineralizaciones de molibdeno, con grandes producciones de mineral, adaptados a las condiciones geológicas de estos yacimientos mineros. En Chile este método de explotación minera se ha aplicado a yacimientos masivos de baja ley, en roca mineralizada primaria y secundaria. En la actualidad, el block caving ha evolucionado de una aplicación tradicional, utilizada por muchos años y sólo en roca secundaría a una explotación por paneles, aplicado principalmente a rocas primarias con extracción mecanizada (LHD) y en menor grado en roca secundarías debido exclusivamente a la falta de mineralización de este tipo, la que aplica varias de las bondades que caracterizaron al método tradicional, cómo un método eficiente y de bajo costo. Estando la diferencia principal entre ambos, en el diseño de extracción y traspaso de mineral Este método necesita menos trabajos de preparación que el Sub Level Caving por tonelada de mineral extraído; pero, en general son trabajos de un costo unitario más elevado, debido a la necesidad de fortificaciones importantes. Se utiliza algo de explosivo (se dispara solamente en la parte inferior del panel, para efectuar el primer corte y también durante la operación de excavación para destrancar los puntos de extracción o cachorrear los bolones demasiado grande provenientes del hundimiento). Permite explotar grandes áreas mineralizadas y tiene a consecuencia de ello, un costo de producción altamente competitivo. 2.4.5.1 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO, EN ROCA SECUNDARIA (ver Fig.2.20) Cap 2 -
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Los bloques de producción están agrupados de acuerdo a su ubicación dentro de la mina, constituyendo áreas de producción. Cada una de estas áreas cuenta con una red de túneles y piques que se distribuyen en diferentes niveles:
Fig. 2.20 Panel Caving, en roca secundaria, Atlas Copco Un nivel de corte o nivel de hundimiento Nivel de producción Un Subnivel de ventilación Nivel de traspaso de mineral Nivel de transporte
Fig.2.21 equipos mineros Nivel de hundimiento: corresponde al nivel en que se produce la socavación de la columna de mineral, que se logra haciendo una red de perforaciones hacia arriba que se disponen formando un abanico. En estas perforaciones se introducen explosivos, cuya tronadura produce la fragmentación total de la base del bloque hasta una cierta altura. Una vez retirado el material quebrado, el resto del macizo queda colgando hasta que se comienza a disgregar por efecto gravitacional y produce el hundimiento paulatino del total de la columna Nivel de producción: corresponde al nivel de galerías desde las cuales es captado el mineral quebrado y traspasado hacia el siguiente nivel. Se sitúa entre 8 y 18 m por debajo del anterior, con el cual está comunicado mediante piques que captan, en forma de embudos, el mineral Cap 2 -
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desde el nivel de hundimiento. En el nivel de producción, el mineral es traspasado hacia el nivel de transporte situado más abajo, mediante un trabajo manual o utilizando equipos especiales. Cuando el mineral es de granulometría fina puede ser manejado por un operador (buitrero, ver Fig.2.22) que lo hace pasar directamente hacia los niveles inferiores; si es demasiado grueso (roca dura) debe ser manejado por cargadores especiales llamados LHD. Éstos cargan el material, lo transportan y lo vierten en los piques de traspaso centralizados que lo conducen a las etapas siguientes.
Fig.2.22 Buitra de traspaso de mineral, Codelco educa En estos puntos llamados de vaciado, hay un sistema de parrillas que dejan pasar el mineral hasta cierto tamaño. Los fragmentos de roca que exceden este tamaño son reducidos mediante martillos picadores móviles o mediante tronadura secundaria, si es necesario. Subnivel de ventilación: corresponde a una red de galerías que se ubican por debajo del nivel de producción. Éstas tienen por objetivo conducir aire fresco, captado desde la superficie por grandes extractores, hacia los lugares donde se está trabajando, y retirar el aire viciado (contaminado por los gases de tronadura y de equipos diesel) para expulsarlo a la superficie. Niveles de traspaso: corresponde a una serie de galerías y piques que permiten controlar el paso del mineral desde el nivel de producción hasta el nivel de transporte. En el caso de mineral grueso (duro), este mineral es enviado al chancador primario, ubicado dentro de la mina, donde se reduce su tamaño para permitir su transporte final. En algunos casos, es necesario reducir el tamaño de los bloques mayores (colpas). Para esto, se dispone de sistemas de reducción de colpas. Nivel de transporte: en este nivel circula el ferrocarril, en cuyos carros se carga el mineral para ser transportado hacia la planta ubicada en la superficie. Este es el túnel de mayor tamaño en la mina. Sus dimensiones son de 5m de ancho por 6 m de alto. Durante la extracción, el mineral se mantiene en los piques de traspaso, los cuales se mantienen llenos. El mineral es vaciado a los carros mediante un sistema de cierre hidráulico, ubicado en la parte inferior de dichos piques, conocido como buzón. El ferrocarril es cargado en movimiento, de manera que la operación se realiza en forma continua. Cada carro transporta aproximadamente 80 toneladas y el tren completo es capaz de transportar unas 1.300 toneladas en cada viaje. 2.4.5.2 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO, ROCA PRIMARIA (ver Fig.2.23)
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Fig.2.23 Panel caving, roca primaria, extractado de Atlas Copco El método de explotación block caving con extracción mecanizada (LHD), en general está diseñado con tres niveles: Nivel de Hundimiento Nivel de Producción Nivel de Transporte El método aplicado en la mina El Teniente tiene ciertas variantes como son el Nivel de Picado y Sub Nivel de Ventilación. En algunas minas la ventilación se realiza por el mismo nivel de producción Nivel de Hundimiento: El nivel de hundimiento se ha diseñado a 18 m sobre el nivel de producción con labores paralelas, en el mismo plano vertical con las calles del nivel de producción. La sección de estas labores está de acuerdo al tamaño de los equipos de perforación larga y tienen un tamaño de 3,60x3,60 metros. Nivel de producción: El diseño de producción consiste en galerías de acarreo de 3.6x3.6 m paralelas y separadas 30 m entre sí, las que son interceptadas con un ángulo de 60º y cada 15 m por estocadas de carguío de 3,60x3,60 m (ver Fig.2.24) La disposición anterior ha dado origen a que la estocada de carguío reciba el nombre de cruzado de zanja, y la galería de acarreo el nombre de calle. En los cruzados de zanja y ubicado entre las calles se construye el punto por donde fluye el mineral hacia el nivel de producción. Este punto se denomina “Zanja”. Además sobre los cruzados de zanja se construyen los puntos de extracción, cuya disposición geométrica genera una malla irregular aproximadamente de 225 m2 (17,32 m x 13 m). El diseño de la malla de extracción en el nivel de producción requiere del conocimiento de varios parámetros, entre ellos la forma y trayectoria que toma el mineral al escurrir hacia el punto de extracción (flujo gravitacional) Cap 2 -
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Fig. 2.24 Galerías de acarreo y zanja, punto de extracción Nivel de Transporte: El diseño del nivel de transporte, es dependiente de la configuración geométrica del área de producción. Los circuitos en el nivel de transporte pueden ser abiertos o cerrados. El carguío de mineral se realiza a través de buzones especiales para mineral grueso instalado en los cruzados de transporte. Nivel de Picado; El diseño de explotación del mineral primario contempla un nivel de picado (ver Fig. 2.25) debido a las características granulométricas de la roca. Este nivel de picado está ubicado a 32 m bajo el nivel de producción LHD y consta de cámaras construidas de tal forma que reciban la producción de dos puntos de vaciado. La reducción del mineral se realiza con un martillo picador fijo. Este martillo trabaja picando sobre una parrilla y reduce el mineral al tamaño máximo de 30” (0,76 m) por una de sus caras.
Fig. 2.25 Nivel de reducción de tamaño Nivel de Ventilación: La ventilación del nivel de producción y de hundimiento se realiza por medio de un sub nivel ubicado generalmente a 15 m bajo el nivel de producción. El aire entra y sale del nivel de producción y hundimiento por medio de chimeneas.
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Extracción del mineral: El diseño del método involucra una extracción mecanizada del mineral con equipos LHD que cargan, transportan y vacían el mineral desde los puntos de extracción hasta los piques de vaciado. Los piques de vaciado están ubicados en las calles de producción a una distancia que varía entre 75 m y 105 m. Traspaso de mineral: El mineral es traspasado por gravedad desde el nivel de producción hasta el nivel de transporte por piques de 3,00 m de diámetro. DIMENSIONES En general, los bloques tienen dimensiones entre 100 y 200 m de altura y un área basal de 60m x 90 m, lo cual implica entre 1.000.000 y 2.500.000 toneladas por cada bloque. Cuando el hundimiento se produce en forma secuencial, por tajadas menores del bloque, se habla de método de hundimiento por paneles. Los paneles se caracterizan por una planificación de labores mineras, que cubre toda la zona mineralizada a explotar en ese sector. TÉCNICA DEL CORTE Se efectúa por elementos cuya proyección horizontal es un rectángulo de aproximadamente 8,0 m x 15,0 m y en una altura de alrededor de 6,0 m. El corte en los bloques se inicia a partir de una esquina contigua a dos bloques ya explotados de modo que los otros dos lados quedan macizos vírgenes y que van a provocar el hundimiento del block. El hundimiento generalmente comienza a producirse cuando el corte ha avanzado sobre los dos tercios de la superficie del block. En el caso de paneles, en el contorno se crea una zona de debilidad o cara libre (slot) que ayude a la voladura del hundimiento. Además del slot para crear debilitamiento en la vertical, se usa la técnica de tiros largos de gran diámetro. En el nivel de hundimiento, una vez realizado lo anterior, se barrena y queman abanicos de tiros perforados en forma perpendicular a las calles de hundimiento y separados cada 2 metros. Los abanicos se queman en serie de tres por calle con un máximo de dos calles.
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CAPÍTULO III MINERÍA A RAJO ABIERTO 3.1 DEFINICIÓN Una mina a rajo abierto corresponde a "una excavación o un corte hecho en la superficie de la tierra con el fin de extraer el mineral y que permanece abierto a la superficie durante la vida de la mina." Para exponer y para minar el mineral, es generalmente necesario excavar y remover grandes cantidades de roca estéril y ubicarla en botaderos. 3.2 APLICACIÓN Las minas a rajo abierto tienen amplia aplicación en minas de carbón, y se utilizan extensivamente en la "roca dura" en yacimientos de baja ley de cobre y en otros minerales de oro, hierro, aluminio, y muchos otras variedades de minerales. Este tipo de extracción se utiliza cuando los yacimientos presentan una forma regular y están ubicados en la superficie o cerca de ésta, de manera que el material estéril que lo cubre pueda ser retirado a un costo tal que pueda ser absorbido por la explotación de la porción mineralizada. 3.3. OBJETIVO PRINCIPAL En cualquier operación, de explotación minera comercial, es la explotación del depósito mineral al costo más bajo posible, con el propósito de maximizar beneficios. La selección de los parámetros de diseño físicos y de programación de la extracción del mineral y del estéril, es una decisión compleja de la ingeniería y de enorme significación económica. El planeamiento de una mina por rajo abierto es, por lo tanto, básicamente un ejercicio económico, obligado por ciertos aspectos de ingeniería geológica y de explotación minera. 3.4 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO El suelo y la roca estéril se deben quitar para descubrir los cuerpos mineralizados. Este proceso se conoce como desarrollo o preparación mínima, el cual puede durar un tiempo corto o algunos años. El rajo se va construyendo en avances sucesivos, lateralmente mediante expansiones programadas y en profundidad con la apertura de nuevos bancos. A medida que se va profundizando en la mina, se requiere ir ensanchándola para mantener la estabilidad de sus paredes. De este modo, se genera una especie de anfiteatro escalonado con caminos inclinados, especialmente diseñados para el tránsito de los equipos, cuya forma es dinámica ya que va cambiando a medida que progresa la explotación. (ver Fig.3.1) Un rajo puede estar compuesto por unos pocos bancos o una serie de ellos; un banco es cómo una repisa, que forma un solo nivel de la operación sobre el cual los materiales mineral o de estéril se tronan de nuevo en una cara del banco. El mineral o el estéril se retiran en capas sucesivas, cada uno de las cuales es un banco. Varios bancos pueden estar en operación simultáneamente en diversas partes, y en diversas elevaciones en una explotación por rajo abierto. El diseño de los ángulos de la geometría del rajo abierto está llegando a ser cada vez más importante, debido a las profundidades que minan los rajos abiertos, los que aumentan continuamente. Un cambio pequeño en el ángulo total de la geometría del rajo tiene consecuencias grandes en la economía total de la operación de explotación minera. Un caso Cap 2 -
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en detalle es la mina de rajo abierto de Chuquicamata, que hace frente actualmente al diseño de los ángulos totales de la geometría del rajo para explotar en forma continúa hacia una profundidad de alrededor de 900 metros. Los ángulos de trabajo y de pit final constituyen una de las primeras fases de análisis en un proyecto de planificación del rajo.
Fig.3.1 Rajo Abierto, Codelco Educa Los factores que gobiernan la estabilidad de los rajos a gran escala entre otros son: las fuerzas de tensión que condiciona la geometría del rajo, incluyendo los efectos del agua subterránea, las estructuras geológicas, presente local y regional, la geometría del rajo, y la fuerza de la masa de la roca. CMZ
A. Karzulovic & Asoc. Ltda.
PARAMETROS QUE DEFINEN LA GEOMETRIA DE UN TALUD MINERO
ANCHO DE RAMPA bR
ANGULO INTERRAMPA,
ANCHO DE BERMA b
R
ALTURA GLOBAL, hO ANGULO GLOBAL,
O
ALTURA DE BANCO hB
ALTURA INTERRAMPA, hR
ANGULO INTERRAMPA,
R
ANGULO DE BANCO,
B
GEOMECANICA EN LA INDUSTRIA MINERA
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Fig.3.2 Parámetros de la Geometría del talud
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En este contexto, la estabilidad de los taludes de una mina es particularmente crítica, ya que de eso depende la seguridad de la operación, siendo además, parte importante de la rentabilidad del negocio. Para ello, se establecen los siguientes parámetros geométricos: (ver Fig.3.2) Banco: cada banco corresponde a uno de los horizontes mediante los cuales se extrae el mineral. El banco se va cortando por el horizonte inferior, es decir hacia abajo, generando una superficie escalonada o pared del rajo. El espesor de estos horizontes es la altura de banco, la que generalmente mide de 13 a 18 m. Berma: es la franja de la cara horizontal de un banco, como un borde, que se deja especialmente para detener los derrames de material que se puedan producir al interior del rajo. Su ancho varía entre 8 y 12 m.
Fig.3.3a Berma de transporte Angulo de talud: el talud o pared de la mina es el plano inclinado que se forma por la sucesión de las caras verticales de los bancos y las bermas respectivas. Este plano presenta una inclinación de 45° a 58° con respecto a la horizontal, dependiendo de la calidad geotécnica (dureza, fracturamiento, alteración, presencia de agua) de las rocas que conforman el talud. Asimismo, se determinan los lugares donde se ubicarán los botaderos de material estéril, las instalaciones eléctricas, los puntos de suministro de petróleo y agua, las plantas de beneficio, los talleres y las dependencias administrativas, de manera que no sean afectadas por los avances del rajo en un tiempo considerable.
Fig.3.3b Berma de transporte, Codelco Educa Cap 2 -
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Berma de transporte: deben tener un ancho tal que permita que se crucen dos camiones y el movimiento de las máquinas de carguío; se considera que cuatro veces el ancho del camión más grande, es una vía de transporte adecuada. (ver Fig.3.3 a y b) Este sistema de extracción permite utilizar equipos de grandes dimensiones, ya que el espacio no está restringido como en el caso de las minas subterráneas, aunque su operación puede estar limitada por el clima, como es el caso de las minas ubicadas en la alta cordillera o la zona central del país.
Fig.3.4 Ancho mínimo de la expansión Ancho mínimo de la expansión: queda definido por el equipo de carguío, cargando material a ambos lados sobre camiones, tomando como referencia el eje del camión, más la berma de seguridad (3,5 m) y una separación de la pata del banco(2,0 m). (ver Fig.3.4) El material existente bajo la ley de corte es considerado estéril si no contiene cobre, o mineral de baja ley si tiene algo de cobre que podría ser recuperado a través de otro procedimiento. Rampa: es el camino en pendiente que permite el tránsito de equipos desde la superficie a los diferentes bancos en extracción. Tiene un ancho útil de 25 m, como mínimo, de manera de permitir la circulación segura de camiones de gran tonelaje en ambos sentidos. Esta vía puede seguir un arreglo en espiral uniforme desde la superficie al fondo del rajo ó en zigzag o una combinación de ambos. (ver Fig. 3.5) Altura del banco; distancia vertical entre el punto más alto (cresta) de un banco y del más bajo, pata del banco. Esta queda definida por las características geológicas del yacimiento, tamaño de los equipos, condiciones geomecánicas y varía entre 13 y 18 m. Cresta del banco - el ángulo, medido en grados entre la línea horizontal e imaginaria que ensambla la cresta y la pata del banco. Angulo interrampa: Queda definido por el ángulo cara de banco y por el criterio de ancho de banco mínimo de seguridad, según Ritchie 4,5 + 0,2 H, H = altura del banco. Expansión: Es un ensanchamiento del rajo, que se inicia en el primer banco de estéril y que continúa hacia abajo, banco a banco manteniendo el esquema de explotación hasta dejar el mineral a la vista. Cap 2 -
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Fase: conjunto de expansiones extraídas en una misma dirección.
Fig.3.5 Rampa
3.5 PREPARACIÓN DEL PLAN MINERO La tecnología desempeña un papel importante en el planeamiento y el diseño de una operación moderna de una mina. Se crea una representación del yacimiento mediante un modelo, llamado modelo de bloques o el modelo del cuerpo de mineral. Los modelos permiten a los planificadores de minas seleccionar con eficacia los sectores de más alta ley, para planear su extracción, mediante la generación de fases y expansiones, las que ordenadas, abarcan todo el cuerpo mineralizado, dando preferencia a los sectores de más alta ley para luego continuar con las otros sectores de menor ley, en forma tal que sea lo más rentable posible. Con la ayuda de planes sofisticados y complejos, proporcionado por instalaciones informáticas modernas, los bancos pueden ser preparados y ordenados para su extracción. (ver Fig.3.6) 3.6 CONSIDERACIONES DEL COCIENTE ESTÉRIL/MINERAL El cociente estéril/mineral es un término que se utiliza y representa casi universal la cantidad de materiales poco rentables que se deban quitar para destapar una unidad de mineral. El cociente del volumen de estéril (basura total) al volumen del mineral se define como el cociente R = volumen del estéril a retirar en la profundidad El volumen de mineral se recuperó a la profundidad.
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Mientras que una relación del volumen, que puede ser calculada en yardas cúbicas ó metros cúbicos; se expresa comúnmente como ton/ton. El cociente estéril/mineral del rajo, esta en relación a la explotación de un bloque de mineral, donde el costo de explotar ese mineral más el estéril se iguala con el rédito obtenido por su extracción. Los factores usados para determinar los costos deben incluir los costos agregados de explotar mientras la mina se profundiza más las cargas por interés debido al pre-stripping en la preparación inicial. En un análisis más completo, el cuerpo del yacimiento en su conjunto, se simula su explotación. La producción se determina por períodos, los costos y los réditos esperados y se determina el flujo de liquidez. Se proyectan los beneficios. El resultado, es el valor de la mina o de la producción. Se continúa la explotación simulada hasta que ningún aumento del valor se produce, definiéndose con ello el límite del pit final. El cociente del volumen de estéril total y la suma del volumen de mineral permite determinar el cociente estéril/mineral.
Fig.3.6 rajo abierto 3.7 BOTADEROS DE ESTERIL Los yacimientos mineros, se encuentran cubiertos por una capa de material estéril, el que es necesario retirar para dejar al descubierto el mineral. En el caso de yacimientos mineros de Cap 2 -
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cobre, se considera estéril a todo material que incluso contenga cobre en leyes menores o iguales a 0,2%. Cuando se habla de una relación estéril mineral 3 a 1, se está diciendo que se debe retirar de la mina tres toneladas de material estéril por cada tonelada de mineral. Este material estéril debe ser necesariamente almacenado en algún lugar; el que debe estar ubicado lo más cerca posible de la mina y sobre una zona estéril para no volver a remover en el futuro con el avance experimentado por la explotación. Un botadero (almacenamiento de estéril) puede ser construido de diversas formas; sin embargo, un botadero construido con bulldozer, es el medio de almacenamiento de rocas más utilizado y donde la roca estéril es transportada en camiones. El proceso de construcción de botadero con transporte de material con camiones, consiste en construir un banco de material, con el almacenamiento de rocas se da forma a un talud en uno de sus extremos, esto facilita la descarga de los camiones tolva, aplanar la arista del botadero y permitir su crecimiento; además, periódicamente se debe ir construyendo y reparando los caminos del botadero. Los camiones por lo general descargan el material entre 3 y 5 m de la arista del banco, desde donde la roca se empuja talud abajo con bulldozeres. Cuando las rocas son suficientemente firmes, los camiones pueden acercarse hasta 1 a 1,5 m de la arista del botadero, con lo cual la mayor parte de la roca descargada de la tolva del camión cae directamente talud abajo, en este caso el número de tractores requerido disminuye. La altura del banco alcanza a 20 m o más, en una primera etapa, por lo general se limita su altura por el grado de estabilidad de las rocas. El largo de una sección del botadero se fija en relación con el rendimiento del tractor y de la capacidad de recepción del área de descarga de camiones.
3.8 OPERACIONES MINERAS La extracción del material se realiza siguiendo una secuencia de las siguientes fases: Perforación Tronadura. Carguío. Transporte. El producto principal de este proceso es la entrega de mineral para ser procesado en la planta de beneficio:
3.8.1 PERFORACIÓN La perforación, es la primera etapa en el proceso productivo de la Mina, y consiste en realizar un hoyo o barreno en la roca, donde ira posteriormente el explosivo, se utilizan grandes equipos eléctricos de perforación rotatoria, equipados con barrenos de carburo de tungsteno. Para tiros de producción en la gran minería del cobre, se utiliza un diámetro de perforación de 11” a 12 1/4”. En tiros de precorte se utiliza un diámetro de 6 1/2”. La longitud de los tiros para banco normal es de 15 metros, con una pasadura aproximada de 2 metros, una perforación de 15 m de longitud se puede realizar en solo 20 minutos (ver Fig.3.7) Cap 2 -
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Tabla 3.1 Tipo de perforadoras Marca Modelo
Diámetro de Broca
INGERSOL-
DMH –101
12 ¼”
D.M.L.
6 ½”
ROC L81
6 ½”
RAND INGERSOLRAND ATLAS COPCO
Fig.3.7 Perfor. en Banco
Fig.3.8 Hoyo de perforación Las perforaciones en el banco deben realizarse a distancias regulares entre sí, generalmente entre 8 y 12 m (malla de perforación), de manera que atraviesen toda la altura del banco para que, al introducirse los explosivos, la detonación permita fragmentar la roca. Cap 2 -
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PARAMETROS DE PERFORACIÓN (ver Fig.3.9)
Fig.3.9 Parámetros de perforación, Atlas Copco B: Burden (separación del barreno a la cara libre) K: Altura del banco U: Pasadura S: Separación entre barrenos H: Longitud del barreno
3.8.2 TRONADURA En cada hoyo cargado con explosivo, se introduce un detonante de encendido eléctrico, el que se detona mediante control remoto. Se establece una secuencia de detonaciones entre los distintos hoyos de una tronadura, de manera que la roca sea fragmentada en etapas partiendo de la cara expuesta del banco hacia adentro, con diferencias de tiempo de fracciones de segundo entre cada detonación. (ver Fig. 3.8 y 3.9)
Fig. 3.9 tronadura banco El producto obtenido es la roca mineralizada fragmentada de un tamaño suficientemente pequeño (en general menor que 1 m de diámetro) como para ser cargada y transportada por
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los equipos mineros y alimentar al chancador primario, en donde se inicia el proceso de reducción de tamaño en un sistema en línea hasta llegar a la planta de tratamiento. Los factores de carga logrados son de 160 a 240 (gr. /ton), este factor varía según la dureza de la roca. Para la tronadura de producción se utilizan mallas normales de 8*16 con un diámetro de perforación de 12 ¼”, con un burdem y espaciamiento que va desde los 7 a 16 metros respectivamente. Para el carguío de precorte lo más común es Enaline 1 ½” * 12 m, con un factor de carga de 0.58 Kg. /m^2, y un taco de 2 metros. Actualmente este trabajo es realizado por empresas de explosivos, por ejemplo Enaex, que posee camiones fábrica que combinan diferentes materias primas para así obtener el explosivo adecuado con la cual fue diseñada la tronadura. Los principales tipos de explosivos utilizados son: Anfo Alum 4-6% Emultex N Blendex 930, 945
3.8.3 CARGUÍO PALAS La Palas, tiene como función principal realizar el carguío del material tronado de la frente de carguío, a través de una pala. Este material es cargado a los camiones de extracción para su posterior transporte y vaciado en el destino final. (ver Fig. 3.10)
Fig.3.10Pala hidráulica El material tronado es cargado en camiones de gran tonelaje mediante gigantescas palas eléctricas o cargadores frontales. Estos equipos llenan los camiones en una operación Cap 2 -
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continuada desde que queda disponible el banco después de la tronadura. Las palas eléctricas actuales en la gran minería del cobre, tienen capacidad para cargar 70 o 100 toneladas de material de una vez, por lo que realizan tres movimientos o pases para cargar un camión. Los cargadores tienen menor capacidad y en minas de gran tamaño son utilizados sólo para trabajos especiales. Una pala necesita un frente de carguío mínimo de 65 m de ancho y carga camiones que se van colocando alternativamente a cada lado de ella.
Fig. 3.11a Pala de cable 2800-XPA Tabla 3.2 Tipos de pala de cable (ver Fig.3.11 a,b,c) Marca Modelo Capacidad de Balde yd^3 P&H 2800 –XPA 34 P&H 4100 – A 56 P&H 4100 - XPB 73
Fig.3.11b Pala de cable Modelo 4100-A
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Fig.3.11c Pala de cable Modelo 4100- XPB
3.8.4 TRANSPORTE POR CAMIONES Los camiones tienen como función principal realizar el transporte del material cargado a su destino final. Para el transporte del material mineralizado y el material estéril, se utilizan camiones de gran tonelaje, en la gran minería del cobre; por ejemplo 240, 300 o 400 toneladas. Éstos transportan el material desde el frente de carguío a sus diferentes destinos: el mineral con ley al chancador primario, el material estéril a botaderos y el mineral de baja ley a botaderos especiales.
Fig.3.12a Camión Komatsu modelo 930E El transporte vía camiones en las faenas mineras es el más económico, por tanto el más utilizado. En minería a rajo abierto se utilizan camiones con descarga por el fondo, Cap 2 -
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constituidos por una tolva que se apoya sobre el chasis y que se bascula hacia atrás para la descarga mediante unos cilindros hidráulicos. Normalmente, estos vehículos son de dos ejes, uno de dirección y otro motriz, con ruedas gemelas. El eje delantero soporta aproximadamente el 47% del peso neto de la unidad y el 32% del peso total cargado, mientras que el trasero soporta el 53% y el 68% de los pesos, respectivamente. En el caso de camiones de más de 350 toneladas, se dispone de tres ejes, de los cuales los traseros son motrices. Los camiones mineros no deben circular por carreteras, ya que sus dimensiones y pesos superan los límites establecidos. Tabla 3.3. Tipos de camiones fueras de carretera (ver Fig.3.12a,b,c) Marca Modelo Capacidad de Tolva (Ton) KOMATSU 930 E 330 LIEBHERR T 282 360 CATERPILLAR 797 B 400 Durante el transporte Es importante que todo el transporte sea realizado cuidando no botar carga en el camino, sobre todo en rutas con pendiente. En caso de haber elementos extraños en la ruta, por ejemplo, rocas, se debe avisar de inmediato para la limpieza de la vía. De igual forma se procede en el caso de encontrar grietas en el camino. Descarga de materiales
Fig. 3.12b. Camión Liebherr modelo T 282 Esta etapa corresponde al vaciado de los camiones en diferentes puntos, los que pueden corresponder a chancado primario, botaderos y stock.
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Si se trata de descarga en el chancado primario, el camión debe llegar hasta la zona de vaciado o buzón del chancador en forma aculatada. Por ello, el operador debe tener la seguridad de que no existe ningún elemento que le impida realizar su labor. Estos obstáculos pueden ser equipos y/o personas que se encuentren desarrollando labores de mantención o la presencia de rocas de un tamaño tal que puedan dañar elementos del camión.
Fig. 3.12c Camión Caterpillar modelo 797B Si existen camiones en espera, éstos deben estacionarse preferentemente en "fila india", dejando una distancia equivalente a un camión entre los vehículos, de forma que todo camión en espera pueda maniobrar de manera segura. Al momento de aculatarse, el operador del camión debe hacer girar en 180 grados su equipo y retroceder teniendo siempre a la vista la zona de descarga y la distancia desde las ruedas a las respectivas señales de detención.
Fig.3.13 Descarga en botadero Si se trata de descarga en botaderos de stock o estéril, siempre el operador verificará la existencia de un lomo de material. Éste debe tener una altura aproximada de media rueda de Cap 2 -
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camión (1,80 m aproximadamente) y ser capaz de retener la rueda del camión. También servirá como punto de referencia, aunque por ningún motivo el camión debe apoyarse en él. (ver Fig.3.13) Al momento de llegar al botadero en la zona de descarga, el camión deber girar para aculatarse, teniendo a la vista el lomo de material, así como cualquier elemento que impida una correcta descarga. Estos obstáculos pueden ser bolones, suelos agrietados, escarchas, etc. En ese caso, el conductor debe avisar al jefe de operación de la mina para que disponga de equipos auxiliares de limpieza. Al retroceder, el operador debe estar siempre atento a ambos espejos y aculatarse hasta llegar en forma perpendicular a la berma de seguridad. En el caso de haber más de un camión descargando, debe existir una distancia entre vehículos de a lo menos el ancho del camión. Nunca se debe circular frente al camión que está descargando, así como tampoco abandonar la cabina del camión cuando se está realizando esta operación. Si se descarga de noche, debe haber luminarias en la zona de botaderos que señalicen el área, de manera que los camiones puedan trabajar en forma segura. Nunca debe descargarse sin una iluminación adecuada.
3.9 MOVIMIENTO DE TIERRAS Las operaciones mineras necesitan del apoyo de equipos de movimiento de tierra, tales cómo tractores, motoniveladoras, cargadores frontales, quienes son los encargados de mantener la faenas en condiciones operativas, garantizando un mejor rendimiento y un mínimo riesgo. Las actividades que se realiza es la limpieza de sellos para perforadora, preparación de los frentes de carguío, construcción habilitación y mantención de caminos y accesos, mantención de botaderos, traslado de equipos, etc.
3.9.1 CARGADOR FRONTAL (ver Fig.3.14) Los cargadores frontales son equipos capacitados para realizar labores de carga de camiones, vagones o tolvas; carga y transporte para distancias cortas, ya sea a un chancador o al stock pile, y constituye una máquina auxiliar y/o de empuje en labores de limpieza o preparación de rampas, en la gran minería del cobre y son el equipo principal en la pequeña y mediana minería.
Fig 3.14. Cargador Frontal
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Los cargadores frontales se pueden distinguir y clasificar según la capacidad de carga del balde, como se indica en la siguiente tabla: Capacidad de carga Clasificación 3 <4m Pequeños 3 4–8m Medianos > 8 m3 Grandes En las faenas de minería a cielo abierto, se utilizan principalmente los equipos medianos, asociados a camiones, de acuerdo con combinaciones bien definidas del binomio cargadorcamión. Tabla 3.4 Tipos de cargador Frontal, gran minería del cobre Marca Modelo Capacidad YD^3 Komatsu
7.50 Marat L-1000
15.0
Marat L-1400
26.0
3.9.2 EQUIPOS AUXILIARES En general, en todas las operaciones mineras se utilizan equipos de apoyo para realizar las etapas de perforación, tronadura, carguío y transporte, con el principal objetivo de hacer la operación de la mina más segura y eficiente. Los equipos de apoyo más significativos son: 3.9.2.1 TRACTORES Hoy en día, hay dos grandes tipos de tractores, los de orugas y los de ruedas. Sus diferencias principales se encuentran en torno a su diseño, usos y costos de adquisición. (ver Fig.3.15 y 3.16) Tractores de orugas Fig. 3.15 Características de tractores de orugas (bulldozer)
Chasis rígido. Velocidades máximas de entre 7 y 15 Km. /h. Potencias de entre 140 y 770 HP. Transmisiones mecánicas. Pesos en servicio de entre 13,5 y 68 t. Capacidad de remontar pendientes hasta 45º.
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Tabla 3.5 Tipos de Tractores de oruga Marca Modelo
Capacidad YD^3
Komatsu
D – 375 A2
24.2
Caterpillar
CAT D-10 N
24.9
Caterpillar
CAT D-9 N
19.7
Caterpillar
CAT D-10 R
24.9
Tractores de rueda Fig. 3.16 Características de tractores de ruedas (whelldozer) Chasis articulado con ángulos de 40º a 45º. Tracción en las cuatro ruedas. Velocidades máximas de desplazamiento de entre 16 y 60 Km. /h. Potencias de entre 170 y 820 HP. Transmisiones mecánicas o eléctricas. Pesos en servicio de entre 18,5 y 96 t. Tabla 3.6. Tipos de Tractor Neumático Marca Modelo
Capacidad YD^3
Caterpillar
CAT 824 C
5.70
Caterpillar
CAT 854 G
22.4
Caterpillar
CAT 834 B
9.60
3.9.2.2 Motoniveladoras La función principal de la motoniveladora es la nivelación del terreno, moviendo pequeñas cantidades de tierra a poca distancia. (ver Fig.3.17 y 3.18)
Fig.3.17 Motoniveladora Los trabajos más habituales de una motoniveladora son los siguientes: Extendido de una hilera de material descargado por los camiones y posterior nivelación. Refino de explanadas Reperfilado de taludes. Excavación, reperfilado y conservación de las cunetas en la tierra. Cap 2 -
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Mantenimiento y conservación Importante: Las motoniveladoras no son máquinas para la producción, sino para realizar acabados, ya sea nivelación y/o refino. Tabla 8. Tipos de Motoniveladoras Marca Modelo
Capacidad YD^3
Caterpillar
CAT 16- G
3.30
Caterpillar
CAT 16 - H
3.30
Fig. 3.18 Tractor Neumático y Motoniveladoras
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MATERIAL CONSULTADO http://www.uclm.es/users/higueras/yymm/YM14.html http://www.codelcoeduca.cl http://www.atlascopco.cl Memorias de Estudiantes de Ingeniería en Minas Material de Clases Profesor Bernardo Reyes Varias Páginas de Internet, relacionado con la minería
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