DEPARTAMENTO DE MINAS DE LA UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
Panel Caving y Room and Pillar Minería Subterránea David Catalán Núñez y Álvaro Iturrieta Valenzuela 18 de Enero del 2016
Profundizaremos en estos dos métodos de explotación subterránea, en donde encontramos el Room and Pillar como un método autosoportado y el Panel C aving como un método de hundimiento, exponiendo sus características, funcionamiento, entre otros.
RESUMEN EJECUTIVO Se procedió a una investigación intensiva respecto a dos métodos de explotación en particular, los cuales son:
Panel Caving
Room And Pillar
A través de distintas fuentes de información se logró consolidar un informe explicativo del funcionamiento de cada uno de ellos, considerando factores importantes como por ejemplo, requisitos necesarios para su aplicación, principio físico o mecánico bajo el cual actúa, ventajas, desventajas, entre otras. Como un resumen antes de comenzar el método Panel Caving consiste en hundimiento de paneles en los cuales el mineral se fractura y se fracciona como producto de tensiones internas y por efecto de la gravedad, por lo que requiere una perforación y tronadura mínima en la explotación del mineral, en este método el yacimiento se separa en paneles de gran longitud que incluyen también bloques, ya que este método de explotación es una variación del método block Caving. En resumida cuenta el Panel Caving extrae todo el material por corridas abarcando varios bloques sin flexibilidad de traslado ya que este método se ejecuta avanzando junto a la línea de hundimiento. Por otro lado en mantos de un espesor considerable y con una inclinación cercana al plano horizontal el método Room and pillar puede adoptar un alto grado de mecanización que es muy eficiente en la producción por lo que posee una alta tasa de productividad. La distribucion y el diseño de las labores de simple y esquemática, permitiendo explotar de manera simultánea distintos sectores en operación. Este método no requiere de grande inversiones en cuanto a desarrollo de producción, producción, por otro lado lado permite una explotación selectiva, debido a que es posible dejar como pilares los minerales de más baja ley, pero como es necesario dejar pilares, los cuales forman parte de una fracción importante de mineral por lo cual este hecho reduce la recuperación de mineral, en cuanto a dilución, se puede manejar en un nivel bastante bajo si se controla la estabilidad del techo utilizando para ello un correcto diagrama de disparo para su posterior ejecución. Profundizaremos en estos dos métodos de explotación subterránea, en donde encontramos el Room and Pillar como un método autosoportado o de caserones abiertos, el cual principalmente consiste en ir explotando el yacimiento de manera horizontal e ir dejando pilares (mineralizados o de estéril) para que soporten el techo de las galerías, de aquí proviene el nombre autosoportado. El otro método de explotación subterránea lo clasificamos como un método de hundimiento, en donde el papel principal lo juega la fuerza de gravedad, ya que consiste en la socavación de la base del cuerpo mineralizado con el objetivo de que este se valla fragmentado y desprendiendo, para luego caer por fuerza de gravedad a las zanjas donde se deposita el mineral y comenzar el ciclo de producción.
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RESUMEN EJECUTIVO Se procedió a una investigación intensiva respecto a dos métodos de explotación en particular, los cuales son:
Panel Caving
Room And Pillar
A través de distintas fuentes de información se logró consolidar un informe explicativo del funcionamiento de cada uno de ellos, considerando factores importantes como por ejemplo, requisitos necesarios para su aplicación, principio físico o mecánico bajo el cual actúa, ventajas, desventajas, entre otras. Como un resumen antes de comenzar el método Panel Caving consiste en hundimiento de paneles en los cuales el mineral se fractura y se fracciona como producto de tensiones internas y por efecto de la gravedad, por lo que requiere una perforación y tronadura mínima en la explotación del mineral, en este método el yacimiento se separa en paneles de gran longitud que incluyen también bloques, ya que este método de explotación es una variación del método block Caving. En resumida cuenta el Panel Caving extrae todo el material por corridas abarcando varios bloques sin flexibilidad de traslado ya que este método se ejecuta avanzando junto a la línea de hundimiento. Por otro lado en mantos de un espesor considerable y con una inclinación cercana al plano horizontal el método Room and pillar puede adoptar un alto grado de mecanización que es muy eficiente en la producción por lo que posee una alta tasa de productividad. La distribucion y el diseño de las labores de simple y esquemática, permitiendo explotar de manera simultánea distintos sectores en operación. Este método no requiere de grande inversiones en cuanto a desarrollo de producción, producción, por otro lado lado permite una explotación selectiva, debido a que es posible dejar como pilares los minerales de más baja ley, pero como es necesario dejar pilares, los cuales forman parte de una fracción importante de mineral por lo cual este hecho reduce la recuperación de mineral, en cuanto a dilución, se puede manejar en un nivel bastante bajo si se controla la estabilidad del techo utilizando para ello un correcto diagrama de disparo para su posterior ejecución. Profundizaremos en estos dos métodos de explotación subterránea, en donde encontramos el Room and Pillar como un método autosoportado o de caserones abiertos, el cual principalmente consiste en ir explotando el yacimiento de manera horizontal e ir dejando pilares (mineralizados o de estéril) para que soporten el techo de las galerías, de aquí proviene el nombre autosoportado. El otro método de explotación subterránea lo clasificamos como un método de hundimiento, en donde el papel principal lo juega la fuerza de gravedad, ya que consiste en la socavación de la base del cuerpo mineralizado con el objetivo de que este se valla fragmentado y desprendiendo, para luego caer por fuerza de gravedad a las zanjas donde se deposita el mineral y comenzar el ciclo de producción.
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ÍNDICE 1. Introducción ................................................ ..................................................................................................... ..................................................... ............ 5 2. Objetivos..................................................... ..................................................... ............ 6 3. Alcances ....................................................................................................................... 7 4. Métodos ...................................................................................................................... 8 4.1 Panel Caving ........................................................................................................ 8 4.1.1 Definición y Principio físico-mecánico .......................................................... 8 4.1.2 Campo de aplicación.............................................. .................................................................................... ...................................... 9 4.1.3 Limitaciones del método ................................................. ............................................................................ ........................... 10 4.1.4 Realización del método ..................................................... 11-12-13-14-15-16 4.1.5 Ventajas ........................................................ ............................................ 17 4.1.6 Desventajas .............................................................................................. 17 4.1.7 Maquinaria ............................................................................. ....................... ...................................................... ......... 18-19-20 4.1.8 Aplicación del método en Chile ............................................... ................................................................. .................. 20 4.1.9 Variantes ................................................................ ......... ....................................................... ............................... 21-22 4.2 Room and Pillar ........................................................ ............................................ 23 4.2.1 Definición y Principio físico-mecánico ........................................................ 23 4.2.2 Campo de aplicación .............................................. .................................................................................. .................................... 24 4.2.3 Limitaciones del método ................................................. ............................................................................ ........................... 25 4.2.4 Realización del método ................................................................... .............. ..................................................... . 25-26-27 4.2.5 Ventajas ........................................................ ............................................ 28 4.2.6 Desventajas .............................................................................................. 28 4.2.7 Maquinaria ............................................................................................. 29-30-31 4.2.8 Aplicación del método en Chile ....................................................................... 32 4.2.9 Variantes ...................................................... ........................................ 32-33 5. Conclusiones y recomendaciones .............................................. .................................................................................. .................................... 34 6. Bibliografía .................................................................................................................. 35
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ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1 Vista isométrica Panel Caving tradicional ................................................................... 8 FIGURA 2 Pórfido cuprífero, mina El Teniente ............................................................................ 9 FIGURA 3 Esfuerzos que sufre la roca al momento de socavación, Panel Caving ........................ 10 FIGURA 4 Vista isométrica de Panel Caving con sus respectivos niveles .................................... 11 FIGURA 5 Zanjas y divisiones de paneles ................................................................................. 12 FIGURA 6 Vista isométrica y lateral con sus respectivos niveles ................................................ 13 FIGURA 7 Método Panel Caving donde se denota el nivel de ventilación, nuevo nivel mina “El Teniente” ...............................................................................................
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FIGURA 8 Vista isométrica y superior del Panel Caving con extracción LHD, Panel Caving Tradicional ......................................................................................................... 15 FIGURA 9 Maquinaria LHD ...................................................................................................... 18 FIGURA 10 Jumbo de dos brazos ............................................................................................. 18 FIGURA 11 Martillo picador hidráulico..................................................................................... 19 FIGURA 12 Raise Borer .................................................................................................. .......... 19 FIGURA 13 Tren de transporte de mineral ............................................................................... 20 FIGURA 14 Nuevo nivel mina, El Teniente ..................................................... ........................... 20 FIGURA 15 Panel Caving con socavación previa, variantes del Panel Caving .............................. 21 FIGURA 16 Panel Caving con socavación avanzada, variantes del Panel Caving ......................... 22 FIGURA 17 Room and Pillar y principio básico de soporte, pilares ............................................ 23 FIGURA 18 Room and Pillar aplicado a la minería de carbón, Britanicakids ............................... 24 FIGURA 19 Secuencia de tronaduras Room and Pillar, Métodos de explotación ........................ 25 FIGURA 20 Explotación por tajadas en yacimientos horizontales por Room and Pillar, Método de explotación ...................................................... .................................................... . 26 FIGURA 21 Explotación en yacimientos inclinados por Room and Pillar, Método de explotación ...................................................... .................................................... . 27 FIGURA 22 Maquinaria LHD .................................................................................................... 29 FIGURA 23 Maquinaria Jumbo................................................................................................. 30
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FIGURA 24 Camión Volquete ....................................................... ............................................ 30 FIGURA 25 Equipo Slushers o cucharas de arrastre .................................................................. 31 FIGURA 26 Tren de carga de mineral ....................................................................................... 30
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1. INTRODUCCIÓN Cuando se trata el tema de minería subterránea se presenta una variada gama de métodos de explotación que están disponibles para ser ejecutados sobre un cuerpo mineralizado, donde cada metido presenta características particulares que en base a como será realizada la explotación presenta tanto ventajas como desventajas. Según estos antecedentes es fundamental en la minería seleccionar el método de explotación que sea más rentable, es decir que proporcione mejores estadísticas en cuanto a parámetros como tiempo, costo de operación, productividad, entre otros, en los anterior se fundamente el hecho de que una empresa dedicada a la minería busque un método para explotar los yacimientos que le eviten tanto perdidas de ganancia como perdida del personal. Como trabajaremos en minería subterránea es sumamente importante destacar que unos de los aspectos más importantes en esta área es el desgaste que puede presentar la mina conforme avance el tiempo, esto agregado a la implementación de nueva tecnología, el incremento de la profundidad de laboreo que implica un sólido cambio en cuanto a los parámetros del diseño que se sostiene hasta el momento, además por supuesto, de estar sujeto en todo momento a variaciones en los precios de los insumos. Debido a lo anterior es que constantemente las empresas mineras buscan innovaciones a los métodos de explotación que se están usando, en chile se han logrado avances notables en los métodos masivos de hundimiento usando block y panel caving, por otro lado, en los métodos de explotación más selectivos no se han podido lograr similares avances dentro de la industria nacional. Haciendo un resumen de lo anterior, en la actualidad de la minería a nivel mundial se aplican diversos métodos de explotación, ya sea por lo económico que estos sean o por las condiciones del yacimiento. Nuestro estudio se fundamenta en las bases del conocimiento. Un estudiante de carreras ligadas a la minería debe conocer y comprender el funcionamiento que se produce dentro de una mina, para ello tiene que tene r una noción de los métodos de explotación existentes. Los métodos de explotación subterránea se pueden dividir en:
Autosoportados o caserones abiertos.
Soportados o de caserones.
Hundimiento.
Nuestro estudio se centra en el método Room and Pillars (Autosoportado) y el método Panel Caving (Hundimiento), siendo este último de gran impacto y alta demanda en los últimos años, debido a su bajo costo operacional y alto rendimiento.
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2. OBJETIVOS El objetivo general es crear conocimiento de los métodos de explotación subterránea al lector de este informe, por lo tanto se planteará de esta manera:
OBJETIVO GENERAL: aportar conocimiento sobre métodos de explotación subterráneas. o
Entregar al receptor información suficiente para que este logre entender el funcionamiento del método de explotación subterráneo autosoportado, llamado Room and Pillar.
o
Entregar al receptor información suficiente para que este logre entender el funcionamiento del método de explotación subterráneo por hundimiento, llamado Panel Caving.
o
Especificar requisitos del yacimiento de cada método para su aplicación, tales como buzamiento, competencia de roca de caja, posicionamiento del yacimiento en el espacio (horizontal o vertical), etc .
o
Detallar las ventajas y desventajas que conllevan la aplicación de un respectivo método.
o
Explicar el principio físico-mecánico bajo los cuales actúan los métodos analizados.
o
Puntualizar las limitaciones de cada proceso.
o
Definir los desarrollos necesarios para iniciar el proyecto.
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3. ALCANCES Los límites a los cuales estamos restringidos es el nulo o mínimo conocimiento de una mina subterránea personalmente, por lo tanto la realización del informe se sustenta en observaciones registradas por personas con competencia en el rubro, cuya experiencia tiende a ser basta al igual que su conocimiento. Otra limitación a nuestra investigación se produce de la diversidad y personalización que obtienen hoy en día los métodos. Debido a que los yacimientos son diferentes unos de otros, al momento de aplicar un método de explotación, este debe ajustarse a las condiciones del cuerpo mineralizado. Entonces los métodos de explotación van sufriendo variaciones respecto a su aplicación tradicional o convencional, dependiendo de las características del yacimiento mineral. Como indicación dentro de las limitaciones que existen para este informe se enumeran las siguientes: 1. Es un informe de investigación netamente teórico. 2. Está basado en información principalmente ilustrativa. 3. Los temas abordados contemplan las generalidades de los explosivos y no poseen una alta precisión. 4. La información fue recolectada de páginas WEB de minería. 5. Los ejemplos dados a lo largo del trabajo son básicos de carácter explicativo. 6. El informe no posee glosario de términos de minería. 7. El lector debe poseer necesariamente conocimiento previo respecto al tipo de temas abordados. 8. Las Imágenes fueron seleccionadas a manera de facilitar la comprensión del lector así como para indicar algunos modelos a presentar.
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4. MÉTODOS 4.1 Panel Caving 4.1.1 Definición y Principio físico-mecánico Comenzando por su etimología, el término “panel” hace referencia al cuerpo rocoso (generalmente mineralizado) que se trabajará, y el vocablo “caving” hace alusión a toda operación minera cuya finalidad es provocar el hundimiento de la roca debido a la fuerza de gravedad o esfuerzos naturales que esta sufra. El método de explotación llamado Panel Caving es una variante del Block Caving, donde una sus diferencias más evidentes es el área de hundimiento. En el Block Caving el cuerpo rocoso se divide en bloques, los cuales más tarde se irán hundiendo. En cambio en el Panel Caving el cuerpo rocoso se divide en paneles de hundimiento, donde un panel equivale a dos o más bloques, es decir, el Panel Caving abarca un área de pro ducción mayor. El yacimiento se divide en paneles de grandes extensiones de miles de metros cúbicos, donde el derrumbamiento de estos se debe a que es socavado mediante un corte inferior, donde la roca comienza a sufrir las tensiones internas, resistencia a la tracción y la fuerza de gravedad, por consiguiente la roca tiende a fracturarse y a ceder. Como en este método se utilizan fuerzas externas que se encuentran propias en la naturaleza, se utiliza una cantidad mínima de perforación y tronadura.
FIGURA 1 Vista isométrica Panel Caving tradicional.
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4.1.2 Campo de aplicación El Panel Caving se utiliza en explotación subterránea de yacimientos masivos de grandes extensiones cuyas leyes de mineral son bajas, tal es el caso de los pórfidos cupríferos. Esto se debe a su alta producción y a su bajo costo. Es utilizado en rocas primarias poco competentes, con poca resistencia a la tracción y donde existen reservas minerales de cobre (Cu), molibdeno (Mo) y Hierro (Fe). Por estas características su campo de aplicación es muy amplio, utilizándose preferiblemente en rocas mineralizadas con menor resistencia que la roca encajante, para facilitar la diferenciación del esté ril y el mineral.
FIGURA 2 Pórfido cuprífero, mina El Teniente.
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4.1.3 Limitaciones del método. Para que la realización del método se produzca eficientemente se deben tomar en cuenta una serie de requisitos básicos. Características geomecánicas de la roca. Este método es utilizados en rocas primarias. Tamaño de la cavidad inferior. El Panel Caving actúa bajo el principio de la fuerza de gravedad, en otras palabras lo que hace este método de explotación es romper el equilibrio existente del cuerpo rocoso para que este comience a ceder y a caer (FIGURA 3) entonces esta cavidad inferior socavada debe ser lo bastante extensa para lograr un desequilibrio. Base del panel tiene que fracturarse completamente. Complementando el punto anterior, de quedar pequeñas área sin quebrar, estas actúan como pilares alterando las presiones ejercidas por la roca superior. Una consecuencia de fracturación incompleta puede ser el colapso del pilar de soporte existente entre el nivel de producción y el nivel de hundimiento, generando grandes costos. Para evitar la formación de pilares se debe realizar un adecuado diseño de perforación y un correcto carguío de tiros. De ocurrir la existencia de un pilar formado por material ya tronado, se interrumpe la etapa de hundimiento para concentrarse en eliminar el pilar que se creó. Adecuado análisis de la altura de socavación inicial. Con esto se elimina la posibilidad de generar posibles puntos de apoyo de la roca.
FIGURA 3 Esfuerzos que sufre la roca al momento de la socavación, Panel Caving.
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4.1.4 Realización del método A. GENERALIDADES:
Se subdivide en 5 niveles, los c uales son: nivel de hundimiento, nivel de producción, nivel de control, nivel de transporte y sub-nivel de ventilación. Chimeneas o rampas de comunicación entre los niveles de hundimiento, producción, control y transporte, además para e l acceso del personal, equipos y redes. El nivel de hundimiento está formado por galerías que van a permitir la socavación de la base del panel. Un conjunto de chimeneas estrechas desde el nivel de producción que se ensanchan a zanjas en el nivel de hundimiento. Un nivel de producción, donde encontramos el equipo LHD que traslada el material desprendido al OP. Un conjunto de chimeneas estrechas que comunican el nivel de transporte con el nivel de producción, entre ambos niveles se encuentra el nivel de control, el cual es un nivel intermedio que regula la volumetría de la roca. Un sistema de galerías de carga y acarreo de mineral debajo de cada bloque que da origen al nivel de transporte.
FIGURA 4 Vista isométrica de Panel Caving con sus respectivos niveles.
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B. ESPECIFICACIONES 1) Creación de paneles: La explotación de un depósito se realiza siguiendo uno de los siguientes esquemas:
a) Se divide el área en paneles cuadrados o rectangulares cuya dimensión mínima depende de la capacidad para hundirse del depósito, y la máxima se diseña en función a los parámetros operacionales y económicos. En este tipo de diseño deben realizarse pilares entre los paneles hundidos para minimizar la dilución.
b) Se divide el área en paneles pero se mantiene el hundimiento continuo en ambas direcciones sin mantener pilares entre los paneles.
FIGURA 5 Zanjas y divisiones de paneles.
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2) Desarrollos:
Obras de acceso: Estas varían dependiendo las condiciones del yacimiento pero generalmente consiste en la creación de una rampa de acceso o galería de acceso que van desde la superficie hasta la zona inferior de l depósito.
Nivel de Producción: Conjunto de galerías donde se extrae el mineral por medio de equipo LHD hasta una estación de vaciado, por ello debe tener una inclinación de 60° horizontalmente para que los equipos puedan maniobrar libremente, sus dimensiones son de 4x4 metros o 3,5x3,5 metros, pudiendo varias entre estos rangos. Están espaciadas a una distancia de entre 15 y 30 metros, generalmente en Panel Caving tradicional esta separación es del orden de 30 metros. Incluye las correspondientes galerías de acceso o cruzadas de cabecera.
Nivel de Hundimiento: Conjunto de galerías donde se realiza la socavación o corte basal de la columna mineralizada, mediante 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. Estas galerías están espaciadas a una distancia de entre 15 y 30 metros entre ellas y a una distancia de entre 7 y 20 metros sobre el nivel de producción. Al igual que en el nivel de producción, en Panel Caving tradicional el espaciado entre galería es del orden de 30 metros horizontalmente.
Nivel de control y/o reducción : Se encuentra entre el nivel de producción y el nivel de transporte, normalmente se realiza con un martillo mecánico o con tronadura secundaria. Se utiliza con la intención de disminuir el tamaño de la roca dependiendo de la geometría del cuerpo mineralizado y de las características de la roca.
FIGURA 6 Vista isométrica y lateral con los respectivos niveles.
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Zanjas recolectoras de mineral: Excavaciones que conectan el nivel de producción con el nivel de hundimiento y que permiten la extracción del mineral. Es a través de las zanjas donde cae el material desprendido del cuerpo rocoso. Sus dimensiones son aproximadas de 15x12 metros, dependiendo de la planificación.
Piques de Traspaso OP: Labores verticales o inclinadas que conectan el nivel de producción con el de transporte, se encuentran a una distancia entre 15 – 20 metros entre ellos. El equipo LHD descarga el material en ellos desde el nivel de producción, luego este puede pasar por martillos picadores para disminuir su tamaño y finalmente llegar al nivel de transporte.
Nivel de Transporte: Conjunto de galerías donde el vehículo transportador de mineral es cargado. La carga del vehículo es regulado por medio de buzones que se encuentran al terminar la labor vertical (O.P.). Los niveles de transporte se encuentran de manera paralela y espaciada entre 60 y 120 metros.
Sub-nivel de Ventilación: se encuentra ubicado generalmente bajo el nivel de producción a unos 15 metros aproximados, su función es otorgar un flujo de aire (ventilación) al nivel de producción y al nivel de hundimiento por medio de chimeneas. Las galerías se disponen de manera paralela espaciadas entre 60 y 120 metros.
FIGURA 7 Método Panel Caving donde se denota el nivel de ventilación, nuevo nivel mina “El Teniente”.
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FIGURA 8 Vista isométrica y superior del Panel Caving con extracción LHD, Panel Caving Tradicional.
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3) Ventilación: Este método requiere de un buen sistema de ventilación, especialmente en el nivel de producción y en el nivel de control de tamaño. Debido a los gases de tronadura, accionamiento de equipos diésel, extracción y traspaso de mineral, e s necesario mantener los niveles ventilados para el personal que está trabajando. El aire fresco se inyecta a la galería de producción a través de chimeneas, los gases recorren estas galerías y retornan al subnivel de ventilación por otras chimeneas ubicadas en la línea del siguiente panel, por esto en necesario disponer de túneles y/o piques de inyección y extracción de aire, dotados de ventiladores axiales.
C. SECUENCIA OPERACIONAL 1) Realización de los desarrollos. Estos van adelantados un rango de 100-150 m. respecto al frente de hundimiento, dependiendo de las características del sector productivo.
2) Realización de construcciones. Estas también van adelantadas respecto al frente de hundimiento, pero retrasadas respecto a los desarrollo (franja de seguridad). La distancia a la cual va adelantada dependen de las características del sector productivo, aunque generalmente hablamos de 50-100m.
3) Tronadura de zanjas. La tronadura de las zanjas (elaboración) se efectúa por delante de la socavación, es decir, el frente de socavación o hundimiento va retrasado.
4) Tronadura en el nivel de hundimiento para generar subsidencia. Mediante tiros radiales en forma de abanico de 50 – 75 mm de diámetros, con una longitud de tiro que van desde los 5 - 20 m. se produce la fractura del material y posterior subsidencia.
5) Con la tronadura del nivel de hundimiento comienza el proceso “Caving”, donde el material cae a las zanjas de recolección canalizándolo al nivel de producción. En el nivel de producción es extraído por equipo LHD y es depositado en los OP, para posteriormente pasar al nivel de control y al nivel de transporte.
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4.1.5 Ventajas
Son métodos altamente productivos, del orden de 10.000-45.000 TPD por frente de explotación.
Minería a gran escala.
Permiten la explotación masiva de grandes cuerpos m ineralizados.
Alta recuperación de reservas (90% a 125%).
Ideal para operaciones mineras a mucha profundidad.
Permiten el desarrollo de proyectos mineros subterráneos de baja ley.
Tiene costos de operación menores que otras alternativas de explotación subterránea.
Debido a que la fractura y la ruptura de la roca se produce por tensiones internas del macizo rocoso y la gravedad, requiere un menor uso de perforaciones y tronaduras.
Permite un manejo de materiales mecanizado.
4.1.6 Desventajas
Minería lenta y de gran extensión.
Alto costo de preparación.
El control del tiraje es crítico para el éxito del método.
Presenta dilución, típicamente entre 10 y 20%.
Riesgo de generar una excesiva sismicidad inducida, e incluso estallidos de roca, si la actividad minera (socavación y extracción) no es bien conducida (minería en roca primaria).
Bajo ciertas condiciones existe el riesgo de ocurrencia de daños en los puntos de extracción antes del término de su vida operacional (ocurrencia excesiva de sobre tamaños, presencia de estructuras desfavorablemente orientadas, extracción poco regular, etc.). La experiencia a la fecha indica que este riesgo sería mayor en el caso del método convencional.
Alto costo de reparación de pilares sobre-cargados en el NP.
Genera subsidencia a gran escala, con todas las consecuencias medioambientales que se pueden derivar de esto (cráter).
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4.1.7 Maquinaria. Las maquinarias que se utilizan en este método principalmente son:
L.H.D: su función es la extracción del material en el nivel de producción, el cual llega desde el nivel de hundimiento por medio de la zanja. Posterior a la carga del material se procede a depositarlos en los OP.
Perforadoras Jumbo: son utilizadas durante la creación de los laboreos mineros y la perforación de los tiros para la socavación.
Martillo Picador hidráulico: su objetivo principal es disminuir la volumetría de la roca. Raise Borer: se utiliza para la realizar los laboreos ver ticales, específicamente los OP. Trenes de descarga: transporte del mineral.
FIGURA 9 Maquinaria LHD.
FIGURA 10 Jumbo de dos brazos.
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FIGURA 11 Martillo picador hidráulico.
FIGURA 12 Raise Borer.
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FIGURA 13 Tren de transporte mineral.
4.1.8 Aplicación del método en Chile. El panel Caving lo podremos observar en el proyecto denominado “Nuevo nivel mina El teniente”,
el cual consiste en ampliar la mina El Teniente en un nivel más profundo del pórfido cuprífero, específicamente en la cota 1880. Este proyecto sumará una superficie de 2.050.000 metros cuadrados, asegurando así la continuidad de la división El Teniente.
FIGURA 14 Nuevo nivel mina, El Teniente.
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4.1.9 Variantes. Las variantes de este método quedan definidas por la secuencia socavación del nivel de hundimiento o socavación versus desarrollo de labores en el Nivel de Producción, y corresponden al panel caving con socavación avanzada y con socavación previa; aunque también podría considerarse, por ejemplo, la opción de un panel caving con apertura “tardía” de bateas, donde
solo la apertura de bateas se ejecuta bajo área socavada. Todo lo antes expuesto hace posible desarrollar una evaluación comparativa entre los principales métodos de explotación por hundimiento, considerando la forma en que propagan el caving. El panel caving con socavación previa, que se ilustra en Figura 15 de página siguiente, se caracteriza por desarrollar la socavación antes de que se desarrollen las labores del NP y presenta la siguiente secuencia operacional: (1) se desarrollan las labores del NS; (2) se socava el NS, avanzando con el frente de socavación hasta que éste se ubica a cierta distancia por delante de los futuros frentes de extracción y de preparación; (3) se desarrollan todas las labores del NP, que ahora se ubican bajo área socavada; (4) se realiza la apertura de las bateas de extracción, bajo área socavada; (5) se inician las actividades de extracción de mineral, a una cierta distancia de los frentes de socavación y de preparación.
FIGURA 15 Panel Caving con soc avación previa, variantes del Panel Caving.
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El panel caving con socavación avanzada, que se ilustra en Figura 16 de página siguiente, se caracteriza por desarrollar la socavación adelantada respecto al desarrollo de las zanjas y presenta la siguiente secuencia operacional: (1) se desarrollan las labores del NS y solo algunas labores de los niveles inferiores (e.g. solo las calles en el NP); (2) se socava el NS, avanzando con el frente de socavación hasta que éste se ubica a cierta distancia por delante del futuro frente de extracción; (3) se desarrollan las restantes labores del NP, en el sector que se ubica ahora bajo área socavada; (4) se realiza la apertura de las bateas de extracción, bajo área socavada; (5) se inician las actividades de extracción de mineral, a una cierta distancia de los frentes de socavación y de preparación.
FIGURA 16 Panel Caving con socavación avanzada, variantes del Panel Caving.
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4.2 Room and Pillars 4.2.1 Definición y Principio físico-mecánico. El método Room and Pillar consiste en la explotación de caserones que se encuentran separados por pilares que soportan el techo del sector en operación, por lo que una de las cosas fundamentales que se deben cuidar al aplicar este método es el techo propiamente tal de la galería. Como se trata de una explotación la extracción del material que se encuentra en los pilares puede ser parcial o total, que de realizarse esta última debe ser mediante un hundimiento controlado del techo a toda su extensión siendo esta operación continuamente supervisada y evaluada, debido a lo planteado anteriormente es que este método posee una recuperación de mineral que fluctúa desde un 50% hasta un 70% aproximadamente. En sus inicios el método se aplicaba de manera irregular, es decir, que tanto la dimensión como la distribución de los caserones se realizaba conforme al progreso de la explotación dejando de esta manera pilares de morfología irregular que sigue el modelo presentado por el yacimiento, lo anterior dado en parte por las condiciones del terreno como por la experiencia del personal limitada al conocimiento parcial de la zona mineralizada que se trabajaba en ese entonces. Actualmente como se dispone de mayor tecnología y con ello nuevas maquinarias y equipos es posible ejecutar excelentes técnicas de reconocimiento y así ejercer las labores necesarias con planificación previa a la explotación, realizándose de esta manera una distribución uniforme del caserón así como el moldeado de los pilares utilizando herramientas avanzadas de diseño logrando una distribución regular o sistemática del método Room&Pillar, por otro lado la alta mecanización reduce el riesgo de acc identes laborales
FIGURA 17 Room and Pillar y principio básico de soporte, pilares.
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4.2.2 Campo de aplicación. Posee un campo de aplicación bastante amplio y dado a que en los últimos años ha sido utilizado en mayor cantidad, se ha generado un desarrollo creciente de este tipo de extracción. Su utilización numerosa de debe a que es un método de explotación de bajo costo y a que posee una moderada selectividad. Su aplicación está pensada idealmente para yacimientos que poseen un ángulo reducido de manteo aunque en ciertas ocasiones puede ir desde 30º hasta los 40º, este ángulo de manteo critico restringe el deslizamiento de material por gravedad por lo que el transporte de este puede ser mediante acarreo o arreo. La estructura del yacimiento debe ser favorable al desarrollo lateral de la explotación, por otro lado la potencia ideal que debe tener el yacimiento debe ser baja, desde los 2 hasta los 20 metros, aunque con excepciones ha sido aplicado exitosamente en yacimientos desde los 40 hasta los 60 metros. No es recomendable utilizar este método en yacimientos muy profundos debido a que se produce un exceso de sobrecargas, pilares de gran tamaño y altas densidades que aumentan el riesgo del trabajo y ante la posibilidad de existencia de agua que podría generar una inestabilidad de las rocas.
FIGURA 18 Room and Pillar aplicado a la minería de carbón, BritanicaKids.
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4.2.3 Limitaciones del método. Dentro de los principales factores determinantes del desarrollo del yacimiento se encuentra su ubicación respecto a la superficie del te rreno, forma, simetría y estructura del cuerpo mineralizado así como la tectónica del yacimiento. Los puntos mencionados anteriormente son algunos de los más importantes a tener en consideración al momento de la ejecución del proyecto. Así como hay factores que determinan el desarrollo del yacimiento deben considerarse los trabajos o condiciones de explotación como velocidad de arranque, transporte y extracción, desagüe, ventilación y seguridad del trabajo, en cuanto al desarrollo del yacimiento este puede ser realizado mediante la longitud del yacimiento, por el estéril o por ambas juntas.
4.2.4 Realización del método A. GENERALIDADES:
La anchura y la altura de la cámara de explotación son de las mismas dimensiones que la galería. Se puede trabajar con dos modalidades diferentes, a frente completa (full face slicing) donde el mineral posee un espesor entre los 8 – 10 metros, o por tajadas (multiple slicing) donde el mineral posee un espesor mayor a los 10 metros. En el caso de explotarse por tajadas, se comienza por el nivel superior para luego proseguir con el banqueamiento y sacar la parte inferior, permitiendo la explotación de ambos frentes. Consta de una rampa de acceso al lugar de trabajo, mediante la cual se traslada el personal y la maquinaria.
FIGURA 19 Secuencia de tronaduras Room and Pillar, Métodos de explotación.
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B. ESPECIFICACIONES: 1) Yacimientos horizontales: Para su explotación se necesitan pocos desarrollos previos y poca preparación. A medida que se va explotando el mineral, estas mismas vías son utilizadas como galerías de acceso y transporte de mineral. Se caracteriza por su alta mecanización, debido a su casi nula inclinación. Además se pueden establecer varias áreas de producción y una disposición general de la mina esquematizada. La carga del mineral tronado se realiza directamente en los frentes del caserón, mediante maquinaria diésel tales como camiones volquetes o maquinaria LHD en laboreos con alturas más bajas.
a) Frente completa: se realiza en yacimientos con espesor de 8 – 10 metros. La explotación se efectúa en un solo nivel. b) Tajadas: se realiza en yacimientos cuyo espesor es mayor a 10 metros. La explotación comienza en el nivel superior para luego proseguir con el banqueamiento.
FIGURA 20 Explotación por tajadas e n yacimientos horizontales por Room and Pillar, Sistemas de explotación.
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2) Yacimientos inclinados: Su explotación requiere de varios niveles horizontales colocados a intervalos verticales, siguiendo el manteo del mineral. Debido a su inclinación no se permite la circulación de equipos de carguío y transporte sobre neumáticos, por lo cual se realiza una galería de transporte siguiendo la caj a de contacto con el yacimiento. Su explotación comienza en niveles horizontales y sigue de manera ascendente o descendente hasta alcanzar el nivel próximo.
Ya que no se pueden aplicar equipos
mecanizados, demanda un mayor esfuerzo manual. El fondo inclinado del caserón hace que las cucharas de arrastre (slushers) y los buldozers sobre orugas sean el sistema dominante para arrastrar el mineral excavado hacia abajo a un punto donde puede ser transferido a vagonetas o equipos de transporte con neumáticos que lo conducirán a los piques o rampas que comunican con la superficie.
FIGURA 21 Explotación en yacimientos inclinados por Room and Pillar, Sistemas de e xplotación.
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4.2.5 Ventajas
Método barato. Fácil de mecanizar. Simple de diseñar. Buena productividad. Pilares son recuperables (en algunas ocasiones). Recuperación de un 70% – 80%. Permite explotación de cuerpos mineralizados ubicados paralelamente y separados por material estéril. El método hasta cierto punto es selectivo, ya que en zonas más pobres se puede no explotar sin afectar mayormente la aplicabilidad del método. En yacimientos importantes puede llegarse a una mecanización bien completa lo que reduce ampliamente los costos de explotación. En yacimientos que afloran a la superficie puede hace rse todo el desarrollo y preparación por mineral, o en caso contrario los desarrollos por estéril pueden ser muy insignificantes. Actualmente con el avance de la técnica de sostenimientos de techo pueden explotarse caserones de luces amplias con bastante seguridad. Permite alternativamente la explotación de cuer pos mineralizados ubicados de forma paralela y que se encuentren separados por zonas de estériles.
4.2.6 Desventajas
No es aconsejable en yacimientos muy profundos mayores a 2.000 met ros de profundidad, por la alta presión ejercida en los pilares. No es recomendable en yacimientos con mineralización irregular, tanto e n corrida como en potencia ya que puede afectar la explotación. Si el yacimiento presenta una mineralización muy irregular, tanto en corrida como en potencia podría llegar a afectar la ex plotación, limitando mucho la planificación del método, como así mismo la perforación y provocar problemas de c arguío sobre todo para posibles mecanizaciones. Problema de manteo del yacimiento, cuando el manteo está muy cerca del manteo crítico (45°), se producen problemas para el movimiento del mineral en los caserones y aún este problema es más grave, si se trata de mantos angostos. En el caso de mantos potentes hay problemas en la mecanización de la perforación lo que se traduce en dificultades de movilidad al usar el equipo pesado de perforación. Dilución de la ley: es un problema que e s muy importante y que en casos de techos débiles puede ser causa que llegue a limitar la aplicación del método. Fortificación del techo . En ciertos casos cuando no es posible controlar el techo y e s necesario llevar caserones muy angostos, puede concluirse, en un cambio de método de explotación por otro más adecuado, o emplear un méto do combinado, por ejemplo: Room and Pillar con Shrinkage. Problemas de recuperación del yacimiento es muy baja, e ntonces se puede plantear la posibilidad de utilizar otro método más adecuado.
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4.2.7 Maquinaria. La maquinaria utilizada en este método es:
L.H.D: su función es la extracción del material desde el frente de explotación. Perforadoras Jumbo: son utilizadas durante la creación de los laboreos mineros y la perforación de los tiros.
Slushers o cuchara de arrastre: equipo utilizado para acarrear el material. Es usado en yacimientos inclinados donde la maquinaria sobre ruedas no puede operar.
Camiones Volquetes: al igual que la maquinaria L.H.D su función es el transporte de mineral desde el frente de explotación. A diferencia del L.H.D se ocupa en caserones cuyas dimensiones permiten su maniobrabilidad.
Tren carga de mineral: transporte final del material para la posterior fundición.
FIGURA 22 Maquinaria L.H.D.
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FIGURA 23 Maquinaria Jumbo.
FIGURA 24 Camión Volquete.
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FIGURA 25 Equipo Slushers o cucharas de arrastre.
FIGURA 26 Tren de carga de mineral.
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4.2.7
Aplicación del método en Chile.
Este método de explotación lo encontramos en diversas minas tales como:
Mina el toqui, grupo breakwater S.A.
Mina navío, cemento melón
Mina diablo, compañía minera cerro negro S.A
Mina Loreto, sociedad agrónoma, ganadera y comercial me nendez-behety.
Proyecto minero concordia, grupo breakwater S.A.
Mina estefanía, minera Michilla S.A
Mina candelaria norte, minera aurex chile S.A
Proyecto minero atacama kosan, SCM atacama kosan .
4.2.9 Variantes.
Step Room&Pillar o
Descripción del método: La planificaciones de los escalones en los caserones debe considerar las vías de transporte las que deben de seguir la pendientes que posea la mineralización y considerar el ángulo tal que el talud y la rampa permitan montar las maquinarias sobre neumáticos de forma cómoda por la orientación de los caserones y la longitud que recorre el avance de la explotación del mineral.
o
Aplicación: Como las aplicaciones se generalizan en relación a la cantidad de casos que podrían presentarse, dada la gran variedad de espesores en los mantos se recomienda su aplicación en mantos tabulares con espesores que fluctúen de 2 a 5 metros y pendientes de 15º a 30º.
o
Desarrollo: Los desarrollos principales para la minería por este método, incluyen una malla formada por galerías de transporte paralelas y transversales al cuerpo mineralizado y en direcciones predeterminadas. Las galerías del fondo deben contar con los grados adecuados para el transporte de los camiones seleccionados.
o
Producción de mineral: Los escalones son atacados desde galerías de transporte, escalando caserones en ángulos que predeterminan la malla a seguir. Los escalones avanzan en dirección de manera similar a una galería, también quebrando hacia adelante 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 misma pendiente, el que va adyacente a la vía principal. Esté procedimiento es repetido una y otra vez. Con respecto a la luz del techo, alcanza anchos que permanecen estables a pesar de la pérdida de una parte de los pilares que entra en contacto con la vía de transporte; lospilares son aguzados como una tira alargada, paralela a los escalones. Es una explotación continua, avanzando hacia abajo.
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Este método difiere de los demás, en que la utilización de la gravedad en el flujo del mineral es muy limitada, y el mineral debe ser cargado en la zona en que ha sido arrancado y transportado desde ese punto. En las grandes operaciones se incluye el uso de palas cargadoras, camiones, LHD, aunque también puede usarse raspas o scrapers. Se puede trabajar a frente completa o por tajadas. Para frente completa hasta 8 -10 metros de espesor, por tajadas más de 10 metros de espesor. En la explotación por tajadas se saca primero la parte superior y luego se banquea y se saca la parte inferior, lo que permite la explotación simultánea de ambas frentes.
Post Room and Pillar o
Aplicación: Cuerpos mineralizados en forma de manto, con ángulos de inclinación entre 20 y 50 grados con espesores de gran altura, donde el espacio dejado por la explotación, posteriormente es rellenado con estéril. El relleno ayuda a estabilizar los pilares y sirve de plataforma mientras se extrae la siguiente capa.
o
Descripción: Es una distribución de caserones y pilares que se explotan en corte y relleno de caserones. La explotación recupera la mineralización en capas horizontales, comenzado 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 como relleno es relave traído desde la superficie, el método requiere que se mantenga el piso horizontal, para no afectar la extracción de las siguientes capas de mineral, y también no afectar el movimiento de las maquinarias. El relleno de los caserones alarga e l soporte de los pilares contribuyendo a dar un mejor soporte al pilar.
o
Resumen: Este método combina las ventajas del Cut and Fill, trabajando en caserones con piso plano y allanando el fondo con el relleno del escalón del caserón. Posee fácil acceso a múltiples puntos de producción, favoreciendo el trabajo de equipos mecanizados en forma eficiente con grandes rendimientos en la producción. El relleno de arena provee posibilidades de modificar los planos de los peldaños, adaptándose a un Post Room and Pillar con variantes según condiciones de la roca y del mineral, también el relleno incrementa el soporte del pilar, permitiendo altos grados de recuperación, mayores a los obtenidos en el Room and Pillar Clásico.
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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Cuando nos enfrentamos a yacimientos masivos específicamente en pórfidos cupríferos el método recomendable es por hundimiento, en este caso panel caving. Es utilizado en la gran minería debido a su alta inversión y complejidad de su construcción, aun así sigue siendo un método económico y tardío en alcanzar su capacidad máxima. Por otra parte, existen ciertos riesgos tales como el derrumbamiento y la fragmentación, que muchas veces, se encuentran fuera del control minero. El método Room and Pillar fue utilizado en la gran mayoría de la minería del carbón en los Estados Unidos durante los años 80”, ya que ofrecía grandes ventajas y se acopl aba perfectamente a los yacimientos carboníferos. A esto agregamos que la disposición general de la mina es esquematizada y pueden establecerse varias áreas de producción, c onjuntamente de su comunicación simple y ágil entre distintos puntos de trabajo. Este méto do es recomendado en yacimientos tabulares cuya disposición es en mantos, en donde podemos distinguir un método altamente mecanizado solo en aquellos casos en donde el manteo es casi horizontal y por ende su productividad es alta, además podemos nombrar una serie de ventaj as entre las cuales destaca su bajo costo, considerándose un método barato. En cambio en yacimientos tabulares con disposición en manto y con manteo inclinado encontramos un método no tan mecanizado el c ual demanda mayor cantidad de mano de obra, bajando la productividad y aumentando los costos. El método Room and pillar tiene tres tipos de variables que se aplican según el yacimiento. El primero es Room and pillar clásico el cual es ideal para incorporar equipamientos de alto rendimiento, debido a las características de los caserones y al dejar grandes taludes abiertos que son creados para estos equipos, asegurando una alta producción en las áreas establecidas y avanzando en forma simple y segura. El segundo es el post room and pillar e n que se combinan con las ventajas del cut and fill, dando un mayor soporte al pilar, permitiendo altos grados de recuperación; mayores a los obtenidos a los del room and pillar clásico. La desventaja es que frena la producción por los rellenos de relave en cada nivel que ya ha sido ter minado, para poder seguir explotando los niveles superiores. El tercer y último método es el step room and pillar, el cual corta el yacimiento en tajadas con la pendiente que más se adecua al movimiento del equipo, uniendo los c aserones en zigzag. Esto se hace porque los equipos no pueden subir fuertes pendientes y por consiguiente se hace tal esquema de explotación.
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