UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas Cátedra de Laboreo de Minas
CURSO DE LABOREO I
Profesores: D. Fernando Plá Ortiz de Urbina D. Juan Herrera Herbert
Enero 2002
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS BIBLIOGRAFÍA LUIS DE LA CUADRA:
Curso de Laboreo de Minas.
G.J. YOUNG:
Elementos de Minería.
V. VIDAL:
Cursos de Explotación de Minas.
LANGEFORDS:
Voladura de rocas.
V.V. RZHEVSKY:
Opencast Mining. Unit Operations. Editorial MIR. Opencast Mining. Technology and mechanization..
HEISE-HERBST:
Compendio de Laboreo de Minas.
ROBERT N. PRYOR Y T.C. ATKINSON:
Open Pit Mining. Royal School of Mines. London.
FRITZSCHE:
Tratado de laboreo de minas.
J. LESOURNE:
Técnicas económicas y de gestión industrial. La filosofía KAIZEN
SUTULOV:
Minerals in world affairs.
PAUL A. A. HO HODGES:
Conferencias so sobre mi minería a cielo ab abierto en en Su Sud-Africa.
GEOR GEORGE GE.O .O'A 'ARG RGAL ALL L:
Mine Minera rals ls tra transpo nsport rtat atio ion. n. Simp Simpos osiu ium m del del Worl World d Mini Mining ng..
AIME-SME:
Finance for minerals industry. Surface Mining. 2th. Edition 1990. Surface Mining. 1st. Edition 1967. Economics of mineral industries. 4th edition . Mine investement analysis. Mining engineering handbook (2 tomos). Underground Mining methods handbook. Ore processing handbook. Industrial Minerals and Rocks (2 tomos). Mineral processing plant design. Elements of practical coal mining.
CATE CATERP RPIL ILL LAR - FSA FSA::
Prog Progra rama mass in inform formát átic icos os EIA, EIA, MCS, MCS, MSC, MSC, FPC FPC, LC LCC, EMF, EMF, RRR. RR. Simposio sobre tendencias mineras de Tucson (Arizona). Manual de rendimientos. Edición 23.
PRO PROF. J. J.W. MAR MARTIN:
Surface Min Mining ing Equ Equipm ipment. Co Color lorado Sch School of Mi Mines.
DANIEL YERGIN:
La historia del petróleo. Plaza y Janes 1992.
SERED SEREDA A Y SOLO SOLOVI VIOV: OV:
Perf Perfor orac ació ión n de pozo pozoss de de petró petróle leo o y de gas gas Nat Natur ural al.. Edi Edito toria riall MIR MIR..
JEAN JEAN NO NOEL EL GIRA GIRAUD UD::
Geo Geopoli politi tiqu que e des des reso resour urce cess min minie iere res. s. Ecol Ecole e des des Mine Miness de de Par París ís
ENRI ENRIQU QUE E AZC AZCAR ARAT ATE: E:
Intr Introd oduc ucci ción ón a la la met metod odol olog ogía ía de inve invest stig igac ació ión n min miner era. a. I.G. I.G.M. M.E. E.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS R. LUNAR LUNAR Y R. R. OYAR OYARZUN ZUN::
Yacimie Yacimiento ntoss miner minerale ales. s. Edit Editoria oriall CERA. CERA. 1991 1991
FERNANDO PLÁ:
Minería a cielo abierto. Su presente y su futuro. Gijón 1967 Apuntes de Minería a Cielo Abierto. Cursos de postgrado y doctorado. Fundación Gómez Pardo. Manual de Perforación y Voladura. I.G.M.E-E.P.M. Diseño de Pistas Mineras. I.G.M.E.-E.P.M. Factores Geomecánicos en el Arranque. I.G.M.E.-E.P.M. Minería Química (con Llorente y Martínez Nieto) I.T.G.E.-E.P.M.
I.T.G.E.
Manual de arranque, carga y transporte en MCA. E.P.M. Manual de seguridad en explotaciones a cielo abierto. E.P.M. Granitos de España.. Mármoles de España. Pizarras de España. Directorio de la minería española.
FRAN FRANC CISC ISCO RO ROMAN: MAN:
Anua Anuari rio o de de la Asoc Asocia iaci ción ón naci nacio onal nal del del plo plomo mo.. Año Añoss 199 19900-1 1992 992
F. APARIC APARICIO IO IZQUIE IZQUIERDO RDO::
Selecció Selección n y form formació ación n del del profes profesora orado do en EDUTEC EDUTEC..
MINER:
Reglamento general de normas básicas de seguridad minera. Informes de la Comisión de Seguridad Minera. Años 1985 -1990 Colección de normas de Instrucciones Técnicas Complementarias
REPS REPSOL OL EXPL EXPLOR ORAC ACIÓ IÓN: N:
Regl Reglas as bási básica cass de de seg segur urid idad ad..
RÍO TINTO MINERA:
Reglamento interno de seguridad.
CLUB DE ROMA:
The limits to growth.
M.L. MUIR:
Reclamation of surface mined land.
ENG.& ENG.& MINING MINING JOURNA JOURNAL: L:
Operat Operating ing handbo handbook ok of minera minerall surfa surface ce mining. mining. Alluvial Mining Mi ning Book.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS REVISTAS MINERAS:
Industria Minera de la A N de Ingenieros de Minas de España Canteras y Explotaciones . ESPAÑA Rocas y Minerales. ESPAÑA Ingeopress. ESPAÑA Mining Engineering of American Institute of Mining Engineers. International Mining. USA Annales de Mines. FRANCIA Mines et carriéres. FRANCIA Engineering and Mining Journal. USA Mining Magazine. U.K. World Mining Equipment. USA Minerals Industry. U.K. Rocks products: USA Quarrying. SUD-AFRICA World Oil. USA Oil & Gas journal. USA Coal Age. USA World coal. USA Bulletin of the Institution of Mining and Metallurgy of London.U.K. Bulk solids handling. ALEMANIA Anuario del País de 1982 a 1993. ESPAÑA Alluvial Mining, EM/J EM /J Noviembre 1989. USA.
PROYECTOS FIN DE CARRERA DE LOS ALUMNOS-INGENIEROS DE LA E.T.S.I. MINAS DE LA U.P. DE MADRID: D. Miguel Fernández Pool D. Francisco Javier Querol D. José Ramón Molla D. Julio Lucini Baquerizo D. Arturo Gutiérrez del Olmo D. Manuel Jesús Jiménez D. Juan Luis Plá de la Rosa TESIS DOCTORALES D. Aristides Sotomayor D. Alejandrino Gallego D. Alfonso Gracia Plaza
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Direcciones mineras en Internet de consulta.
Organizaciones y Asociaciones mineras •
American American Institute Institute of of Mining, Mining, Metal Metallurg lurgical ical and and Petrol Petroleum eum Engin Engineers eers
•
Centre for Energy & Economic Development
•
Chamber of Mines of South Africa
•
Copper Development Association
•
Instituto de Ingenieros de Minas de Chile
•
Institution of Mining and Metallurgy
•
Society of Mining, Metallurgy and Exploration
•
CIM. Instituto de Minería del Canadá
•
Instituto de Ingenieros Civiles de España
•
Asociaci Asociación ón de Ingenie Ingenieros ros de de Minas Minas de España España
•
Global Mining Iniciative. Www.globalmining.com
•
Bureau de Recherches Geologiques et Minieres. www.brgm.fr
Empresas Mineras •
Arco
•
Ashland Ashland Coal Inc. Inc.
•
Barrick Gold Corporation
•
Broken Hill Propietary
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Caterpillar Inc.
•
Detroit Diesel Corporation
•
Homestake Mining Company
•
Kaiser Aluminum Corporation Corporation
•
Newmont Mining Company
•
Peabody Holding Company, Inc
•
Phelps Dodge Corporation
•
Western Mine Engineering Inc.
•
Companhia Companhia Vale do RioDoce, www.CVRD.com.br www.CV RD.com.br
•
RioTinto. www.Riotinto.com www.Riotinto.com
•
Billiton-BHP. www.billiton,com
•
M.I.M. Holdings Ltd www.mim.com.au
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Gobiernos •
Mine Safety and Health Administration
•
Office of Surface Mining
•
US Environmental Protection Agency
•
US Geological Survey
•
Instituto Geológico y Minero de España. www.igme.es
•
Ministerio de Industria de Francia. www.industrie.gouv.fr
Otros •
Info-Mine
•
MineNet
•
Mining USA
•
The Northern Miner
•
World Mining Equipment
•
Quadrem.com
•
Metal Bulletin, metallbulletin.plc.uk
•
Metal Prices. Metalprices.com
•
World Oil. Www.world.oil.com
Universidades •
Colorado School of Mines
•
New Mexico Institute of Mining and Technology
•
Pennsylvania State University Department of Energy, Environmental and Mineral : Economics
•
South Dakota School of Mines and Technology
•
University of Missouri-Rolla School of Mines
•
West Virginia University Mining Extension Service
•
Universidad Politécnica de Madrid. www.upm.es
•
Escuela de Minas de Madrid. www.minas.up..es
•
Ecole de Mines de Paris. www.ensmp.fr
•
Cepade Campus virtiual UPM. www. Cepade.es
•
Royal School of Mines. www. mt.ic.ac.uk
•
Asociacion de Escuelas de Minas Iberoamericanas. www.Minas.upm.es.aiesmin.htm
EL AUTOR Fernando Plá Ortiz de Urbina, extremeño, terminó sus estudios en Madrid, obteniendo el titulo de Ingeniero en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas en 1961. Comenzó su carrera profesional en la Mina subterránea de Alfredo en Río Tinto y pasó posteriormente a la Mina a cielo abierto de Corta Atalaya, en ambos casos para extraer Pirita para la fabricación de Ácido Sulfúrico. En !967 fue encargado del Proyecto de la nueva mina de Cerro Colorado para extraer Cobre, oro y plata por nuevos sistemas de cielo abierto y con el que obtuvo el titulo de Dr. Ingeniero llegando, en 1970, a Director de las operaciones del Centro Minero de Río Tinto. En 1975 paso a ejercer la Ingeniería libre como asesor de varias Compañías mineras y colaborando en los proyectos de Cerredo, San Antonio, Puertollano, Reocín, Sabero, etc. En 1977 funda la empresa Fernando Plá, Estudios y Proyectos Mineros (E.P.M.) con la que realiza una gran número de trabajos para empresas nacionales e internacionales, colaborando con la British Mining Consultants en la realización de planes estratégicos para el desarrollo del cielo abierto en cuencas mineras como Puertollano, Collalampa, Fabero, Berga, Utrillas, Reocín, Río Tinto, Fluoruros de Asturias, Fila Maestra (Venezuela), Peñarroya, etc. En 1976 comienza a impartir cursos de minería a cielo abierto en FRASER y es reclamado por la Escuela de Ingenieros para incorporarse al Claustro de Profesores para impartirlas en el Centro de Madrid, pasando a profesor titular de Minería a Cielo Abierto en 1978. En 1987 obtiene la cátedra de Laboreo de Minas en reñida competencia, cargo que ejerce en la actualidad. Desde hace 15 años imparte los cursos de Doctorado sobre dicha especialidad y también ha dirigido el curso de Minería de la Universidad Internacional Menéndez y Pelayo en Sevilla. Ha sido asesor minero de Explosivos Río Tinto, después Ercros, Enusa, Hullas de Coto Cortés, Cavosa, Enadimsa, Cavoven y Encasur y es miembro de la Asociación Nacional de Ingenieros de Minas de España, Ex Fellow Member del Institution of Mining and Metallurgy de Londres y Miembro de la American Institute of Mining Engineers. Fue Secretario del Club Español de la Minería y Presidente del Comite de Recursos Minerales del mismo. En 1990 obtuvo la convalidación del titulo de European Engineer. En 1995 fue nombrado Presidente del Consejo de Minas de Río Tinto S.A.L y en 1998 Consejero Director General de la misma para intentar un difícil y extremado caso de supervivencia de la Cuenca Minera en que había empezado su carrera profesional, no teniendo más remedio que parar la explotación para evitar las fuertes perdidas producidas por las bajas cotizaciones de los metales.
EL AUTOR EN LA MINA Y VISTO POR LOS ALUMNOS
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS PROLOGO DEL AUTOR A LA EDICIÓN INFORMATIZADA DEL AÑO 2002 A principios de 1983 fue nombrado Director General de Instituto Geológico y Minero de España mi amigo y compañero D. José Enrique Azcárate Martín, con quien había llevado a cabo diversos trabajos en la empresa EPM, que por entonces dirigía. En unas fructíferas reuniones llegamos al acuerdo de proceder a realizar una serie de publicaciones sobre temas y procedimientos mineros que complementarían las abundantes publicaciones que el IGME llevaba a cabo sobre aspectos geológicos para hacer honor a su doble nominación, claramente desequilibrada a favor del primero de sus apellidos. A lo largo de 8 años y con el renovado apoyo de los siguientes Directores del Instituto Sres, Querol y Llorente se lograron publicar unos 8 manuales sobre temas tan variados y complementarios como Perforación y voladura, Carga y transporte, Diseño de pistas mineras, Selección de equipos, Seguridad e higiene, Restauración de espacios mineros, Estudios de viabilidad y Minería química. Esta tarea ha sido seguida con gran éxito y acierto por el Profesor López Jimeno en su cátedra de Proyectos Mineros de la Escuela de Minas en colaboración con Ingeopress. El último de los objetivos perseguidos era un libro que definiera los principios modernos del Laboreo de minas o de Tecnología minera. En realidad este libro nació hace unos 30 años, cuando era un joven Ingeniero - Jefe de la Corta Atalaya en Minas de Río tinto y me daba cuenta que una nueva minería nacía muy diferente de la tradicional y obsoleta que entonces se explicaba en las Escuela de Minas de España y que se comenzaba a desarrollar con fuerza en el mundo sajón, en donde había tenido la fortuna de pasar una etapa de formación en Sudáfrica. Mi primer trabajo, escrito para y presentado en las Jornadas Mineras Nacionales de Gijón en 1967, sobre esta nueva forma de contemplar la minería y de llevarla a cabo tuvo su posibilidad real de demostración en la realización del proyecto de Cerro Colorado entre 1967 y 1975, y confirmado posteriormente en varios proyectos particulares o privados para diversas minas del país y algunas pocas del extranjero. Cuando en 1976 comencé a impartir las primeras clases de minería a cielo abierto en la Escuela de Minas de Madrid como adjunto del catedrático D. Luis de la Cuadra y sobre todo en los primeros cursos de posgrado y doctorado realizados en la Fundación Gómez Pardo bajo la dirección del Profesor Montes Villalón, me vi en la necesidad de publicar una serie de cuadernos de apuntes sobre los diferentes y cíclicos procesos de la minería moderna. De tales apuntes han surgido posteriormente gran parte de los libros publicados con el IGME, que claramente tenían
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS un claro fondo práctico y aplicado, como correspondía a su denominación de Manuales, salvo el de Minería Química, que más bien respondía a un tratado práctico que a un manual, por el gran peso que en su redacción tuvieron dos grandes químicos como el Profesor Llorente y sobre todo D. José Martínez Nieto, gran amigo y compañero de trabajo en Cerro Colorado y su hijo. Por lo tanto este trabajo es o intenta ser un libro conceptual y aclaratorio de los principios y fundamentos que modernamente guían la tecnología minera, que en castellano desde siempre ha sido denominada Laboreo de Minas. Corresponde básicamente a la adicción de los temas impartidos en las clases de 5º Curso de Laboreo y de 6º Curso de Minería a cielo abierto ampliados con los que antiguamente realizaba en la Fundación Gómez Pardo para Posgrado y doctorado, modernizados y puestos al día en cuanto a datos u otros aspecto más variables con el tiempo como las producciones y los costes y algunas de las conferencias o lecciones que he llevado a cabo en algunos Congresos en los que he participado últimamente y en alguna Universidad de Verano, en la que hemos dirigido algún curso sobre minería actual sobre temas de Innovación y aplicaciones de nuevos procedimiento o técnicas operativas, así como de las tendencias previsibles en la minería del futuro para superar la actual situación, mucho más grave en España y en Europa que en el resto del mundo y especialmente para Iberoamérica en donde las inversiones mineras tan espectaculares en estos momentos hacen prever un futuro muy esperanzador en este sector industrial durante el nuevo siglo XXI. Este nuevo libro informatizado ha sido dividido en dos partes, como corresponde al nuevo Plan de Estudios de 1996 en la Escuela de Minas de Madrid, que ha partido la antigua asignatura en Laboreo I y Laboreo II y Explosivos impartidas en tercer curso y está complementado con las nuevas asignaturas de 4º curso denominadas “Diseño de explotaciones mineras” y la de 5º curso llamada “Evaluación y Planificación minera”, que ya ha sido publicada en Internet con la ayuda de los profesores Moyano y Herrera y de mi hijo Fernando en el capítulo correspondiente a la comercialización y mercado de minerales. Y, a mi vuelta de una nueva y final etapa en Minas de Río Tinto, en donde he simultaneado mi labor de Catedrático con la de Presidente y Director General para intentar lograr una supervivencia a todas luces casi imposible, dadas las cotizaciones de los metales en la última época, tomé la decisión de proceder a realizar esta nueva edición informatizada en el año 2001, y para ello he podido contar con la colaboración del nuevo Profesor de la Asignatura D. Juan Herrera Herbert,
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS que ha corregido y mejorado algunos de los capítulos de los temas que él imparte en los últimos años y de los alumnos becarios D. Carlos Sánchez García y D. Santiago Sabroso Lorente, que han logrado pasarlo a los nuevos lenguajes informáticos para que los alumnos e interesados puedan disponer de este libro en Internet dentro de las publicaciones de la Cátedra en la pagina Web del Departamento de Explotación de Recursos Minerales y Obras Subterráneas de la Escuela de Minas de Madrid. Pero al tiempo de modernizar la edición, se ha procedido a actualizar algunos de los datos como las estadísticas mineras, los cuadros, mejorar las figuras y los gráficos, introducir imágenes escaneadas de Explotaciones mineras y de la moderna maquinaria, que en estos años han aparecido y también a adaptar las unidades económicas a la nueva moneda, que sustituye a la vieja y poco seria moneda española de tan poco valor minero internacional.
Madrid 30 de Enero de 2002
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO I. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE LA TECNOLOGÍA MINERA 1. DEFINICIÓN, OBJETO Y CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LA TECNOLOGÍA MINERA O DEL LABOREO DE MINAS. Establecer el concepto de Tecnología Minera implica la necesidad de expresar la idea o ideas que permiten entender su significado, los conocimientos y las áreas de actividad a que se hace referencia implícita en tal denominación, sus límites y las características que identifican y diferencia su contenido.
En la definición conceptual de un término es muy importante tener en cuenta el contexto donde se aplica. El significado de las palabras evoluciona con el tiempo y adquiere unos diferentes valores o matices en unos diferentes ámbitos sociales, culturales o intelectuales. Por otra parte, aún cuando nos apoyemos en unas definiciones más o menos generales, e incluso aunque propusiéramos la que mejor exprese nuestro propio concepto de la "Tecnología Minera", es preciso destacar la dificultad de abarcar con unas frases, la expresión más certera de toda la gama de elementos y de los matices que configuran el concepto. Corroborando lo anterior, basta con recordar las acepciones que el Diccionario de la Lengua de la Real Academia Española, asigna a la palabra Tecnología. -
Conjunto de conocimientos propios de un oficio mecánico o un arte industrial.
-
Tratado de los términos técnicos.
-
Lenguaje propio, exclusivo o técnico de una ciencia o de un arte.
No creemos que sea preciso ni necesario justificar que la palabra Tecnología posee, en nuestros días, un significado mucho más amplio que aquel definido por el Diccionario, tanto por la naturaleza de los conocimientos a que se refiere, como por las áreas de las actividades humanas en que se aplica..
Una definición más cercana al actual momento y más apropiado del concepto de Tecnología puede ser la siguiente:
Conjunto de los conocimientos y procedimientos que permiten al hombre transformar y utilizar los recursos naturales y los productos artificiales para la satisfacción de sus necesidades.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Esta definición tiene el inconveniente de una excesiva generalización y aún así, es claramente insuficiente para comprender ciertas utilizaciones del término como pueda ser el caso de la Tecnología Educativa o Psicológica, en su concepción actual. La Tecnología Minera queda bastante bien englobada, en esta definición, como un tipo particular de la tecnología que se refiere a la extracción, transformación y utilización de unos recursos y productos naturales para la satisfacción de las necesidades humanas, como son los procedentes del Reino Mineral. Esta definición resulta todavía imprecisa e incompleta para nuestros fines ingenieriles. Se hace necesario determinar mejor el contexto que nos interesa para poder concretar su significado. Dicho contexto es, lógicamente, el de la moderna ingeniería y más concretamente el de la Ingeniería Minera de nuestros días.
La ingeniería ha sido definida como "el arte de aplicar la ciencia y la matemática al uso
económico de los materiales y de las fuerzas existentes en la naturaleza o producidas adecuadamente, con la aportación de unos estudios y de su experimentación". Por otra parte el "Mining Engineering Handbook" del A.I.M.E. establece, más concretamente, las siguientes tres áreas fundamentales de la Ingeniería Minera: "Las ciencias de la Tierra" (Geología), "El diseño de las explotaciones" ( Laboreo) y "El tratamiento de los minerales" (Mineralurgia). A estas áreas corresponden los distintos procesos y operaciones para la fabricación del producto de origen mineral en la forma requerida por la sociedad. John V. Beall, en 1973, clasificaba las operaciones esenciales de la tecnología minera en: -
Exploración y evaluación del cuerpo mineralizado
-
Diseño e ingeniería del método de explotación
-
Arranque
-
Carga y Transporte
-
Servicios
-
Mantenimiento de la maquinaria y organización del trabajo
-
Planificación y Control
-
Tratamiento del mineral para su beneficio.
En una primera aproximación, podemos establecer que la Tecnología, llamada en forma tradicional, castellana y minera "LABOREO DE MINAS", se ocupa de aquellos procesos y operaciones comprendidas entre el descubrimiento de la materia prima y el tratamiento del
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS mineral, sin incluir ninguna de estas fases. Teniendo en cuenta todas las anteriores consideraciones y algunas otras definiciones, expresamos nuestra propia definición de la Tecnología Minera o Laboreo de Minas como:
-
El conjunto de conocimientos relativos a los métodos, sistemas, procesos, máquinas e instrumentos que permitirán la extracción de la materia prima necesaria para la obtención de unos productos minerales, según aquellas especificaciones establecidas en su comercialización y en base a unos criterios económicos.
Se supone que las especificaciones, establecidas por el mercado, se ajustan adecuadamente a las exigencias que impone el posterior uso de la materia prima y que ésta contribuye a satisfacer una necesidad humana o lo que es lo mismo se trata de un "bien". El término de "bien económico" debe entenderse, en un sentido muy amplio, como el uso racional y optimizado del capital, de los materiales, de la energía, de la capacidad y de la calificación de los recursos humanos empleados en su proceso.
En consecuencia, el objeto de la Tecnología Minera es el uso económico, en el sentido
señalado anteriormente, de los distintos factores productivos, en la extracción de los minerales para obtener unos productos más concentrados, que satisfacen las necesidades del hombre, a través de su posterior transformación o bien directamente. Como consecuencia inmediata de la anterior definición propuesta, la Tecnología Minera o Laboreo debe de abarcar el conocimiento y los criterios de aplicación acerca de: -
Los minerales y especialmente de aquellas características que interesan desde el punto de vista de los procesos a que se les tienen que someter para su transformación. Son sus características físicas, químicas y mecánicas.
-
Los métodos de extracción, sus fundamentos, las formas de desarrollarlos, las variables que intervienen en los mismos y sus influencia en los resultados finales.
-
Los procesos, las máquinas y los aparatos disponibles para su utilización. Sus fundamentos, su funcionamiento y los campos de aplicación específicos; su selección más conveniente en cada caso o circunstancia.
-
Los sistemas y técnicas de trabajo como un conjunto ordenado e interrelacionado de procesos y operaciones elementales rutinarias y repetitivas.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
Las herramientas, útiles y elementos de consumo en el trabajo. Su geometría, robustez, composición y materiales de los que están construidos y las condiciones de su empleo más adecuado.
-
Los procedimientos y los mecanismos para llevar a cabo la extracción, el transporte y el mantenimiento estable y más seguro de los huecos generados en el proceso minero.
-
Los criterios de mejora y optimización en el uso de los distintos elementos del proceso y la determinación más correcta y el control de los costos de cada una de las operaciones.
De esta larga relación de conocimientos necesarios se puede deducir la amplitud de los materiales que exige la Tecnología Minera y el gran número de las interrelaciones con otros campos científicos o técnicos, entre los que deberemos destacar: La físico-química y la metalurgia que contribuyen al mejor conocimiento de los materiales que son objeto de la extracción y que serán utilizados para su posterior transformación como una materia prima de la industria. Las teorías de elasticidad, plasticidad y resistencia de los materiales que aportan los fundamentos, tanto para comprender el comportamiento de los componentes de las máquinas, como para el estudio de los procesos de construcción de los huecos mineros que implican una deformación permanente o la separación de sus partes por medio de la voladura o por corte directo. La cinemática y dinámica de las máquinas , así como el diseño ergonómico de las mismas, de las que la técnica minera reclama unas soluciones específicas y a las que aporta algunas ideas y datos experimentales y reales muy útiles para el continuo perfeccionamiento de los mecanismos y de los materiales que las constituyen. La economía y organización de empresas para la adopción de aquellos criterios de optimización de los procesos e incluso de los mismos sistemas de trabajo. La electricidad, electrónica, automática y robótica , que junto a la informática aportan cada día unas soluciones más perfectas para las continuas necesidades de mecanización y automatización de las operaciones mineras. Las técnicas de transportes que aportan los conocimientos para lograr las soluciones más económicas a los graves problemas de manipulación y del traslado de los grandes volúmenes de productos minerales en las sucesivas etapas de su transformación y comercialización. Estas técnicas alcanzan una máxima importancia en los procesos
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS mineros por su gran incidencia en los costos y en las inversiones. La termodinámica y la mecánica de fluidos , en que la primera contribuye a la comprensión de los fenómenos del proceso de la voladura con explosivos y la segunda a la utilización de aquellos dispositivos oleodinámicos y neumáticos útiles para la operación y el control de las máquinas y a los problemas de evacuación de los líquidos, gases y de la ventilación de las explotaciones subterráneas. Y por último, pero no menos importante, la ergonomía, que puede aportar aquellos conocimientos que permiten mejorar las condiciones en que el hombre participa en el proceso minero, con una merecida fama de ser duro y peligroso.
Es importante destacar algunas de las características diferenciadoras de la Tecnología Minera que, sin ser exclusivas de la misma, contribuyen a precisar mejor ciertos aspectos en su concepción actual.
El Carácter Interdisciplinar Con la enumeración anterior ha quedado de manifiesto la alta relación que esta tecnología guarda con otros campos de la actividad industrial, ya que en el fondo la tecnología minera es una parte prioritaria, básica y fundamental de la Ingeniería Industrial a la que debe de aportar la materia prima necesaria para su transformación. Además, es un hecho, que, actualmente, los progresos científicos y técnicos han logrado aumentar la buena interrelación disciplinar de todos los dominios del conocimiento y del saber y muy especialmente en el campo de las tecnologías. Problemas que en otros tiempos eran irresolubles o se resolvían de una forma intuitiva y rudimentaria reclamarán, hoy en día, el concurso de distintas ciencias y de otras técnicas para su óptima solución en base a los adelantos surgidos en otros campos. Este carácter interdisciplinar exige del Ingeniero actual una gran amplitud de conocimientos básicos y una clara actitud de "apertura mental al trabajo en equipo", a menos que se limitara y conformara con un quehacer rutinario, decadente y localista.
Por otra parte, cada día es más difícil establecer con precisión aquellos límites que separan los conocimientos de las actividades industriales entre sí y muy especialmente en el campo minero es muy imprecisa una nítida separación con la industria transformadora, máxime en el moderno concepto de aquellos nuevos métodos mineros como los casos de la minería de lignitos o la minería química, en la que los propios sistemas de los trabajos mineralúrgicos se llegan a
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS introducir en la propia mina o los productos de esta son tratados en la bocamina.
Su desarrollo reciente No resulta exagerado decir que la Tecnología Minera, desde el punto de vista de una actividad humana, es tan antigua como la propia vida del hombre consciente sobre la tierra. Todo conocimiento acerca de la vida del hombre, de cualquier época, hace referencia a la utilización de unos materiales de origen mineral. Su obtención implicaba la transformación, en mayor o menor medida, de los próximos recursos naturales con la ayuda de sus manos o de unas herramientas más o menos rudimentarias.
No obstante lo anterior, se puede asegurar que, al igual que en otras Tecnologías, la mayor parte de los conocimientos, de los procesos o técnicas que hoy configuran el contenido del Laboreo de Minas, han sido adquiridos y desarrollados en los últimos dos siglos e incluso, que los más modernos procedimientos han sido realmente incorporados en las dos últimas décadas. Hasta finales del siglo pasado y, actualmente en algunas tradicionales cuencas mineras, el empirismo, la producción en pequeñas minas o canteras de carácter familiar o individual, así como la concepción artesanal de las operaciones, el bien llamado "Arte minero", eran las características tecnológicas dominantes. Por el contrario la verdadera fundamentación científica, el buen aprovechamiento racional de los componentes mineralógicos que constituyen los modernos y complejos recursos disponibles en la naturaleza, la producción masiva de las grandes máquinas y la automatización de los procesos, que caracterizan una gran parte de la actividad minera actual, han alcanzado su más amplio desarrollo en las últimas dos décadas. Este hecho es, tanto más importante, en la medida que permite pronosticar una evolución análoga, si no mayor en los próximos años. La influencia que esta permanente evolución e innovación tendrá en la concepción del perfil formativo de los nuevos ingenieros va a ser indudable, por lo que tendrán que tener una actitud mucho más abierta hacia los cambios en la tecnología, que el antiguo carácter más conservador de las experiencias adquiridas por la vía de la tradición gremial y por la transmisión oral de los conocimientos y de las técnicas.
La diversidad de métodos y sistemas Originado por la propia diversidad de los mismos minerales, de sus diferentes procesos de tratamiento y de las muy variantes aplicaciones en la industria y aún limitándonos a las
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS extracciones de los metales, combustibles, materiales de la construcción y de los minerales industriales podemos agrupar los métodos mineros en tres grandes grupos: -
Métodos por minería a cielo abierto
-
Métodos por minería subterránea
-
Métodos por sondeos
y a su vez cada uno de ellos abarcará distintos submétodos que vienen a diferenciar a las distintas especialidades de los Ingenieros de Minas según su posterior dedicación profesional. Dentro de cada uno de los métodos, la elección del sistema, del proceso o de la máquina son las fases posteriores de la tecnología minera que queda enmarcada en el siguiente esquema: MÉTODO ---> SISTEMA ---> PROCESO ---> MAQUINA MÉTODO CIELO ABIERTO SUBTERRÁNEO SONDEOS SISTEMA CONTINUO DISCONTINUO MIXTO PROCESOS FINANCIACIÓN
ARRANQUE
CARGA
TRANSPORTE
VERTIDO
TRATAMIENTO
COMERCIALIZACIÓN
EQUIPOS Y MAQUINAS SERVICIOS
Los sistemas de extracción continua El arranque de los minerales y rocas, por la interacción mecánica de una herramienta, máquina o pieza sobre la roca que vence su resistencia y cohesión y que permite una extracción y transporte en forma continuada. Es el caso de la minería por los sondeos de petróleo, del agua y de otros líquidos o gases, así como de la moderna minería de las rozadoras en tajo largo, de las rotopalas, los minadores continuos, las dragas o la minería hidráulica.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Los sistemas de extracción discontinua El arranque de los minerales o materiales rocosos se efectúa, generalmente, por unos procedimientos cíclicos, pendulares e iterativos utilizando muy diferentes técnicas, energías y procedimientos como son las aplicaciones mecánicas, eléctricas, los impactos, las químicas, la erosión, la hidráulica, el láser, el calor y muy especialmente el clásico y muy extendido uso de la voladura con explosivos.
Los procesos mineros Además de los tradicionales y necesarios procesos del arranque, como una primera fase definitoria del método y de los sistemas a utilizar y que evidentemente condicionan a los procesos posteriores, debemos enumerar los necesarios y clásicos procesos de: -
Carga
-
Transporte
-
Vertido y almacenamiento
tanto de los minerales como para los inevitables estériles y los materiales marginales que definen la preparación y la apertura de la explotación. Y muy especialmente, en la moderna minería, el proceso de tratamiento del mineral hasta darle el mayor valor añadido en la propia mina y que por su importancia constituirá, en si mismo, la asignatura de Preparación de minerales, conocida en castellano como "Mineralurgia", cada día más estrechamente unida al propio concepto de la misma Explotación de Minas.
Otros procesos básicos de la moderna minería, en la que vienen a definir el propio método y sistema de laboreo por la selección adecuada de los equipos y máquinas, es tanto el mantenimiento de estos para alcanzar la mejor eficiencia, la disponibilidad y la utilización, como todo el proceso de la financiación para conseguir los cuantiosos recursos económicos necesarios y, paralelamente, la comercialización de los productos vendibles de la mina que producirán los flujos de retorno para pagar aquellos y producir los esperados y necesarios beneficios.
La anterior enumeración de los procesos, con tantas limitaciones como cuantas se pretendan realizar con un carácter generalista, para agrupar una actividad tan amplia y compleja como es la minería, entendemos que resulta lo bastante completa como para dar una idea inicial de toda la gama de actividades cuyo estudio aborda la Tecnología Minera con la concepción y alcance
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS que anteriormente le hemos atribuido.
Y esta amplitud de procesos se debe de correlacionar con la gran variedad de aquellos materiales que son objeto de la extracción minera. Los metales y los combustibles son los que ocupan un lugar preferente en los trabajos relacionados más comúnmente con la Tecnología Minera, pero no se deben olvidar las muy importantes cantidades de materiales necesarios en las industrias de la construcción, que junto a aquellos suponen más del 80% del tonelaje extraído anual y mundialmente. Sin embargo, cada día aumenta la importancia de otros nuevos minerales, como los químicos y productos cerámicos o vidrios, que según algunas predicciones de algunos científicos, pueden alcanzar en el futuro unas producciones próximas a las que hoy alcanza el hierro, especialmente en aquellos destinados a la producción de los fertilizantes, base de la importante revolución verde que debe conseguir alimentar a toda la humanidad.
La maquinaria minera Y por último, una gran variedad de máquinas y de equipos disponibles actualmente en el mercado, que supera a la de los mismos procesos, que son los que exigen unas diferentes soluciones instrumentales, y que las grandes fábricas de bienes de equipo y las empresas de ingeniería han desarrollado en los últimos decenios. Las especiales máquinas utilizadas para el desarrollo de los diferentes procesos de la extracción por un arranque directo han recibido la denominación genérica de máquinas - método, y han sido definidas por Pryor (1979) como:
Conjunto de componentes y estructuras, soportes de piezas de arranque y transporte, accionamientos, órganos para la transmisión de la energía mecánica y para el control del arranque, con el objeto de vencer las características geomecánicas de la roca, mediante la separación de unos trozos manejables mediante una serie de operaciones que van a constituir básicamente el propio método de explotación. El alto grado de desarrollo de estas máquinas, llevado a cabo en las últimas décadas, y la creciente implicación del conjunto de proceso - máquina - producto y la disminución de la acción directa del hombre en su control, convierten su conocimiento en un importante capítulo de la Tecnología Minera.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La moderna minería de cielo abierto a base de rotopalas, de grandes dragas flotantes y de dragalinas ha conseguido ser un ejemplo perfecto de obtención de grandes producciones horarias y de productividades por hombre que permiten unos bajos costos, de la misma forma que los minadores continuos, topos, rozadoras y cepillos han logrado, en la minería subterránea, competir con el método de sondeos, de por si un sistema continuo de extracción de fluidos. Esta clara tendencia de la minería moderna hacia la continuidad, no solo ha sido posible gracias al desarrollo de los equipos mineros de una mayor envergadura y capacidad, sino también a la ampliación del propio concepto de la minería al poderse trabajar y extraer algunas rocas y substancias con tan poco valor económico que, anteriormente eran impensables de ser aprovechados por la humanidad. La aparición de la moderna minería blanda, así como la aplicación de algunos de estos criterios mineros a las grandes obras públicas ha permitido el desarrollo de una maquinaria, capaz de tratar en forma continua y cada día más automática los nuevos materiales rocosos para su utilización por el hombre.
2. RESEÑA HISTÓRICA DE LA TECNOLOGÍA MINERA Como ya se ha mencionado anteriormente, la primera actividad tecnológica minera, en su sentido más amplio, es tan antigua como la propia existencia del ser humano. Desde los inicios de su real existencia sobre la tierra, el hombre ha procurado modificar su entorno natural para acomodarlo a sus necesidades y para ello ha utilizado unas herramientas y unas materias primas más o menos rudimentarias y con ellas ha transformado los materiales e ideado unos procedimientos para poder hacer más eficaz su acción sobre los elementos. La tecnología ha sido para el hombre un medio de lucha contra su entorno, en la mayoría de los casos hostil, para hacerlo más habitable y para mejorar sus condiciones de vida. También, no se puede negar, ha sido utilizada para su propia destrucción y, su uso incontrolado, ha llegado a crear algunas condiciones de trabajo indeseables, que otras nuevas tecnologías han tratado de mejorar.
Contemplado desde este punto de vista, a lo largo de los siglos, aflora un contenido profundamente humanístico de la tecnología, como una obra del hombre al servicio del hombre . Los esfuerzos desplegados por tantas generaciones para dominar los agentes naturales, la energía, la distancia, la oscuridad y el tiempo, merecen una mayor consideración que la otorgada, con frecuencia, por aquellos que cultivan las llamadas ciencias humanas y por cuantos usamos los procesos tecnológicos con la naturalidad, e incluso, con la indiferencia de quien los ha encontrado
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS en su vida desde el primer instante
La tecnología minera, como las demás, ha experimentado un lento desarrollo a lo largo de los siglos, para expansionarse bruscamente en algo más de una centuria. Hasta mediados del siglo pasado puede afirmarse que los conocimientos y procesos mineros estuvieron caracterizados por: -
Un absoluto empirismo
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La ejecución artesanal de las operaciones.
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La producción individualizada o familiar.
Hasta la segunda mitad del sigo XVIII no aparecieron las primeras máquinas que pudieran ser consideradas como unas precursoras de las actuales máquinas herramientas. Es extraordinariamente ilustrativo del estado de la tecnología de esa época, la aparición, justamente en su aplicación minera, de la máquina de vapor de James Watts y especialmente su ulterior aplicación en la locomotora por Mr. Stephenson, básicamente para resolver el grave problema de transportar los minerales hasta los centros de consumo, uno de los cuales pasó a ser el propio ferrocarril, y consiguiendo con ello crear un mercado para la utilización social del carbón mineral, desterrando el discriminado uso de la madera para producir carbón vegetal, lo que había producido un tremendo agotamiento de los bosques naturales, como fue el caso de la misma Península Ibérica, y poniendo en marcha la hoy conocida como Revolución Industrial, que permitió el más espectacular aumento de progreso y bienestar de la raza humana, a pesar de haber provocado también las más abyectas aplicaciones bélicas y mortíferas.
Con independencia de estos ejemplos de desarrollo de nuevos productos mineros, el Laboreo de Minas, como una tecnología más, ha sufrido una lenta evolución que podría ser dividida en cinco etapas o períodos: -
Con anterioridad a 1750
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De 1750 a 1875
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De 1875 a 1925
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De 1925 a 1950
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De 1950 hasta nuestros días.
Con anterioridad a 1750
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La minería primitiva (paleolítico) utilizaba esencialmente la energía llamada de sangre (hombres y animales) que junto a algunos mecanismos de madera, huesos y piedra (silex), que posteriormente fueron sustituidos por la aparición de los primeros metales (calcolítico) lograron una extracción y arranque de los minerales y de las rocas más superficiales, que cada vez oponían una mayor resistencia, pero que eran superadas por la aparición de otras energías, útiles y materiales más potentes.
Con la aparición de unas formas de sociedad más avanzadas, la minería llegó también a unos niveles superiores de organización, con una utilización cada vez menor de esclavos y con una supervisión cada vez más tecnificada y profesional y más motivada por unos objetivos de producción y capitalización de la propiedad o del concesionario. Mejoras notables como la aparición del pico y de la pala, la creación de la cesta y el torno, como primer módulo de transporte, tanto para el solido como para ciertos líquidos, la introducción de la candela o lámparas de aceite, como una forma primaria de iluminación, fueron algunas de las primeras aportaciones de los avances mineros a la sociedad.
Una de las primeras y más rentables minerías de los primeros tiempos fueron las pequeñas explotaciones de piedras para el corte (silex) y para el encendido del fuego (Flints o pedernal), base fundamental del primer progreso de la civilización, así como las explotaciones de salinas en la costa. Eran minas básicamente superficiales en las que se extraían los afloramientos de las ricas y siempre escasas substancias valiosas, junto a las primeras importantes industrias transformadoras como en las grandes canteras para la construcción de obras públicas y monumentos que han quedado como algunas de las maravillas del mundo. E incluso en algunos de estos materiales la belleza o el precio permitía la utilización de la minería de interior a profundidades que sorprenden hoy en día para los escasos medios de aquella época, como el caso de los 250 m. en las minas de esmeraldas del Mar Rojo en el antiguo Egipto o en algunas de las minas de oro y plata de la época preromana en el sur de la península ibérica en donde llegaron a alcanzar los 200 m. en labores de reconocimiento o preparación, e incluso logrando, a través de complicados sistemas de drenaje o desagüe y empleando las primeras norias y miles de obreros, rebajar el nivel freático y permitir las operaciones. Al mismo tiempo era un sistema de trabajo que permitía la liberación social de los obreros como un incentivo laboral, como resulta bien conocido por la multitud de tumbas de operarios en las zonas mineras de Cartagena y
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Riotinto, que alcanzaban el alto grado de ciudadanos romanos (líberos) por sus especiales capacidades y habilidades profesionales.
La leyenda de Jasón y del Toisón de oro era, no solo, una de las primeras referencias históricas acerca del empleo de ciertas tecnologías, como la minería hidráulica - aluvionar del oro fino, sino incluso de un proceso tecnológico más complejo como era la recuperación y tratamiento de un mineral a través de un fino tamiz de origen orgánico como es la piel de un animal.
La minería tuvo su espectacular desarrollo en el área más avanzada del mundo de entonces, como eran las cuencas de los mares Rojo y Mediterráneo, marcando, desde un principio, la estrecha comunión entre imperio, sociedad avanzada y tecnología minera. Historiadores y geógrafos como Herodoto, Plinio y Aristóteles mencionaban en sus libros, frecuentemente, la importancia de las antiguas cuencas mineras como Chipre, Creta, Sinai y Egipto, y, sobre todo, la entonces famosa península Ibérica, fuente de los primeros e importantes metales de aquellos tiempos como el oro, la plata, el estaño y el cobre, que hicieron mítica la civilización tartésica, que habitaba las zonas costeras del Suroeste ibérico. Sin embargo, la tecnología minera era esencialmente empírica y transmitida gremialmente y por vía oral en parte por la lejanía entre los yacimientos mineros y los centros de la cultura y, en parte, por el siempre clásico aislamiento, algo ocultista, de la concepción gremial de los técnicos y mineros de todas las épocas. Hasta el siglo XVI no apareció el primer tratado minero sobre las técnicas de explotación y tratamiento de minerales, que es el famoso "De Re Metálica", publicado en Bohemia por Georgius Agrícola en 1556.
Por aquel mismo tiempo, unos hombres, procedentes de la misma zona en que habían trabajado los tartesos y posteriormente los romanos, llevaron a cabo el desarrollo de la nueva minería del oro y de la plata en los nuevos territorios descubiertos por sus paisanos y parientes en el Nuevo Mundo. Entre ellos destacaban los clérigos andaluces Alonso Barba y Bartolomé de Medina, que impusieron los nuevos procesos tecnológicos para mejorar la recuperación de los metales preciosos americanos, que permitieron la capitalización de la metrópoli y con ello el avance de la propia formación Europea. El primero de ellos nos dejó escrito su famoso libro de "El arte de los metales" en que exponía los principios de la primera minería química del mundo y que permitió el empleo masivo del mercurio como un reactivo para la amalgamación y con ello un precio
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS remunerador para una substancia tan española que entre Almadén, en España, y Huancavelica, en Perú, permitieron el control monopolístico de los precios de tan importante metal.
Coincidiendo con este fuerte interés por la minería en América por parte de los conquistadores ibéricos, marcharon tras los mineros, grupos de clérigos y militares para colonizar y desarrollar nuevas tierras, hasta el punto de que, aún hoy en día, es fácil encontrar muy próximos, la misión o iglesia y el cuartel o capitanía de los yacimientos mineros de interés económico en aquellos tiempos y en aquellas tierras. Digno es de reconocer que ya, los indios o pobladores anteriores a la llegada de los españoles, habían desarrollado explotaciones de oro y plata en Perú y Méjico, dando lugar a los mayores imperios de aquellos territorios. Y otros restos de minería del cobre encontraron los conquistadores en las zonas de Arizona y Cuba.
Pero la llegada de los españoles supuso un desarrollo minero verdaderamente espectacular para aquellos tiempo y aquellas distancias, que abarcaron desde la Columbia Británica hasta la Tierra del Fuego, pasando por las islas del Caribe y el interior de la enorme selva amazónica. Algo parecido, a una menor escala, lograron los colonizadores portugueses en su gran colonia brasileña.
El avance en la introducción de unas nuevas técnicas de explotación por medios mecánicos o físicos (Calor y fuego), junto al empleo masivo de le energía de los hombres y de los animales, así como la utilización de la gravedad y de algunos de los principios hidráulicos para el transporte y el tratamiento de los minerales, junto a la citada amalgamación con el mercurio, fueron los principales avances que dieron la supremacía minera y con ello la económica al imperio español, que durante prácticamente dos siglos, hicieron coincidir el dominio imperial con el dominio minero, como ya había sucedido siglos antes con los romanos.
Entre 1750 y 1875 La aparición conjunta de tres fenómenos muy diferentes, pero realmente críticos, supusieron la puesta en marcha de la Revolución industrial, que produjo un efecto multiplicador sobre la misma demanda de las sustancias de la minería mundial y también sobre la hispana. Como reconocía David Ricardo en sus "Principles of Political economy and Taxation":
"En el curso normal y ordinario de las cosas, la demanda de los bienes precede a la
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oferta". Tales fenómenos, que coincidieron con el año 1776, fueron: -
La aparición de la máquina de vapor, que suponía en una parte la liberación energética y el principio de la mecanización y por otra parte la demanda de carbón y de hierro como materiales básicos para el desarrollo de los países y de las industrias.
-
La declaración de la Independencia y de la democracia como forma política en los Estados Unidos, que suponía el principio de la libertad política de los pueblos y de los ciudadanos, cuyas consecuencias más inmediatas fueron la independencia de las colonias españolas y un aumento del nivel de vida y con ello de la demanda de más y nuevos productos, lo que incidió directamente en la minería.
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La publicación del libro "La riqueza de las naciones" escrito por John Adam-Smith, que predicaba el liberalismo económico como fuente del desarrollo de los pueblos y de las personas y, como consecuencia práctica, produjo la formación de las primeras grandes empresas por acciones, lo que permitió las fuertes inversiones que exigían las industrias extractivas y, un poco más adelante, la liberación de las concesiones, reservas y bienes de la Corona que hasta esa fecha los usurpaba y frenaba su utilización por los pueblos para su bienestar.
La revolución industrial creó rápidamente una gran demanda de metales y consiguientemente de combustibles para su reducción y su transporte, lo que intensificó la búsqueda de otros nuevos yacimientos, la creación de las primeras Escuelas de Ingenieros de Minas, y el desarrollo de nuevas explotaciones, primeramente en Europa, cerca de los grandes núcleos de población y posteriormente en las recién liberadas colonias americanas, mientras que comenzaba una carrera de adquisición de nuevas colonias en otros continentes como Africa, Asia y Oceanía, para asegurar el dominio sobre las nuevas materias primas necesarias para las industrias de las metrópolis.
Un verdadero motor de la minería en aquella época fue la conquista por el Reino Unido de amplios espacios de terrenos vírgenes, que iban a constituir, en el período posterior, los espacios en donde aplicar los avances tecnológicos que ya se producían en la metrópoli, empezando por el trazado de los ferrocarriles para penetrar en las áreas más lejanas de las costas. No es fácil separar el concepto de avance tecnológico minero del concepto de penetración en nuevas zonas
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS de territorios, como ya sucedió a lo largo de los siglos pasados en las antiguas colonias británicas, por la utilización del vapor (trenes y barcos), del armamento (cañones y explosivos) para la conquista de nuevas reservas mineras y todo ello basado en una masiva utilización de carbón, acero, cobre, plomo y zinc, junto a otros productos mineros, como la caliza, el azufre y el agua. Y al mismo tiempo, como antaño, se llevaron la civilización y el progreso a áreas salvajes y primitivas, con el consiguiente sudor y lágrimas, que acompañaron siempre a la entrada de la religión y de la espada, que aparecen casi siempre junto a los nuevos desarrollos mineros.
Mientras tanto, otros imperios se limitaban a llorar sus desgracias y cerraban filas para defender unos ordenes y estados caducos, y sus pueblos, más sencillos y mineros, prefirieron separarse, incluso emigrando, para lograr una pequeña parte de la nueva riqueza generada en los nuevos territorios independientes a partir de los nuevos minerales que, el mundo más desarrollado, reclamaba y pagaba a buen precio. Así durante este período las zonas más mineras del imperio se liberaron del absolutismo de la corte española, pero, por su importancia minera, bien puesta de manifiesto por los antiguos mineros hispanos, pasaron a depender en sus mercados y en su financiación del nuevo imperio anglo-americano, que sustituyó, por su superior capacidad tecnológica y económica a la artesanal minería colonial anterior. Y con la tecnología minera llegó también para ellos, la dependencia económica, religiosa, social y política hacia el nuevo centro imperial de las decisiones.
Los principales avances en la tecnología, en este importante período, fueron la concepción e introducción de las máquinas - herramientas y de unos mecanismos que, con la nueva energía, procedente del vapor, permitieron una mejora de los sistemas de arranque, carga y transporte, tanto en los ferrocarriles, barcos y en los pozos de extracción vertical, como en los servicios de ventilación térmica y del desagüe por las bombas de pistones verticales, lo que permitió superar algunas profundidades, poco imaginables hasta esa época, sobretodo en la minería de los combustibles, pero con la gran limitación de las rocas duras (mayores de 1000 Kg/ cm2) para completar la gama de los minerales metálicos.
De 1875 a 1925 La aparición, casi coincidente en el tiempo, de dos aplicaciones de nuevos procesos como eran: la perforación mecánica de los barrenos y de la energía química de los explosivos desarrollados
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS por Nobel, supusieron, mediante ese poderoso y eficaz truco minero que es la voladura, que el ser humano pudiera vencer, trocear y manipular las rocas de gran resistencia a la compresión y por tanto lograr la penetración en el campo de unas rocas y minerales que demandaba la nueva sociedad, cada día más industrializada y ávida de nuevos productos y utilizaciones de ellos que permitían una mayor calidad y bienestar de las vidas humanas.
Esta gran época minera, de un excepcional crecimiento en la producción de metales y carbones para la producción de vapor y del acero, vio también aparecer otros nuevos productos que pasarían a ser posteriormente la base de la moderna minería como fueron el petróleo, el aluminio y los minerales base de la industria química como las piritas, las potasas, los nitratos y las sales en general. Al mismo tiempo la aparición del cemento artificial provocó una extraordinaria demanda de los materiales de construcción, bien en forma de arcillas para la producción de ladrillos o de áridos para la fabricación de hormigones o de cales y arenas para mezclas preparadas.
Los avances tecnológicos desarrollados en este período, junto a los ya mencionados de la perforación y la voladura, fueron fundamentalmente la aparición de mayores y más robustas maquinas - herramientas, la exploración geológica mediante sondeos mecánicos, la bomba de agua de Cornualles, que permitió descender a profundidades por debajo del nivel freático y sobre todo las primeras grandes unidades de máquinas para la explotación a cielo abierto que, poco a poco, fueron sustituyendo la energía primaria en forma de vapor por la energía eléctrica, que desde el primer momento de su aplicación industrial contó con la gran demanda de la familia minera.
Es una época en que el desarrollo de unas legislaciones más liberales, como la Ley de Minas española de 1868, que provocó un rápido incremento de la minería en la Península, que pasó a ser de nuevo, como en tiempos romanos, una de las más activas del mundo occidental, especialmente en las producciones de los metales como el Cobre, Plomo, Zinc, Hierro, Plata y Azufre, sin olvidar el siempre tradicional Mercurio de Almadén y algunos carbones Astur - leoneses y del Guadiato, para su aplicación en la metalurgia de aquellos y en el transporte de mercancías, especialmente de los minerales, como demostraron el gran número de ferrocarriles independientes construidos en aquel período en casi todas las cuencas mineras.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Lamentablemente tanto el capital como gran parte de la tecnología fueron importados y con ello una parte del conocimiento generado y de los dividendos y plusvalías fueron exportados, no dejando en la Península Ibérica más que el propio beneficio del trabajo y de una parte de la tecnología adquirida por obreros y supervisores españoles en esa clásica transmisión oral del proceso minero, tan vital e importante que permitió mantener para el futuro los minerales menos ricos dejados en alguna parte de los yacimientos por los mineros extranjeros. El gran valor añadido, a partir de las materias primas minerales, era obtenido en las fabricas metalúrgicas europeas, tanto en el Reino Unido, como en Francia, Bélgica y Alemania. Tan solo unos mínimos desarrollos, humano y técnico, se pudieron conseguir en algunas de las grandes cuencas mineras españolas como Bilbao, Asturias, Cartagena, Huelva y Linares y también alguna parte de la capitalización de los beneficios en los primeros grandes bancos españoles, cuyo origen estuvo ligado al nacimiento de las grandes minas y de los ferrocarriles a finales del siglo XIX y principios del XX.
De 1925 a 1950 El agotamiento de los minerales más ricos de los yacimientos europeos y norteamericanos y con ellos los famosos de la vieja Península Ibérica volcaron todo el esfuerzo de la investigación geológico - minera en la búsqueda de nuevos criaderos en las áreas colonizadas en la etapa anterior, como Africa, América del Sur y Australia, especialmente por parte de las grandes compañías mineras, que se habían formado en una rápida y continuada capitalización en el período anterior, lo que les permitió dedicar grandes sumas de conocimiento y dinero (ambas constituyen el verdadero capital) al desarrollo de una nueva minería masiva, especialmente aplicando la gran maquinaria, que surgió a partir de la primera guerra mundial, en los métodos de cielo abierto para los metales y en los sondeos para la producción del nuevo rey de los productos mineros que paso a ser el petróleo, que vino a sustituir al carbón en la mayor parte de sus aplicaciones y muy especialmente en los transportes terrestres y en la producción de la electricidad.
Este aporte de tecnología minera a unas zonas vírgenes, al tiempo que les llevaba la civilización y la cultura, como siempre ha correspondido a los mineros, iba a permitir el avance de estos países para su posterior independencia. Es la época de la aparición de las grandes minas
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS australianas, como en Broken Hill, Queensland, Nueva Gales, de Africa del Sur, en el Transvaal, en Canadá con el desarrollo de las minas de Asbesto y cobre en Ontario, y de hierro en Terranova y Labrador. Es también la época del desarrollo de las minas de metales no férreos en Chile, Perú, Méjico y de petróleo en Venezuela, Colombia y Méjico para abastecer a las metrópolis con base a la nueva gran maquinaria y a unos bajos salarios obreros.
Tecnológicamente está marcado este período, principalmente, por la aparición de el proceso de flotación de los minerales sulfurados para la obtención de los metales básicos para la nueva industria transformadora y muy especialmente para la industria eléctrica. Este proceso permitió obtener, con éxito y economía, por la alta recuperación del metal y un más reducido consumo energético, unos elementos muy importantes para el bienestar de la nueva sociedad surgida al final de la primera guerra mundial y por desgracia para sus aplicaciones militares en la devastadora segunda. La recuperación de unos concentrados, con alto contenido en Azufre, iba a permitir la aparición de un producto inevitable como era el ácido sulfúrico fatal, que junto al producido a partir de la técnica de los sondeos Frasch iba a causar una grave competencia a la antigua minería de las piritas del Suroeste peninsular, en la misma forma que la aplicación de un nuevo reactivo, el cianuro, para la obtención del oro y la plata, iba a destronar la secular importancia del mercurio, otro de los tradicionales productos mineros españoles.
Como consecuencia de la terrible segunda guerra mundial, se produjo la gran demanda de unos nuevos metales de alto valor estratégico, como eran el estaño, el wolframio, el cromo y el níquel, que iban a dar un mayor, pero poco duradero, valor a las nuevas aleaciones de tipo militar, y sobretodo por la importante aparición del nuevo metal del siglo XX, el aluminio. Pero fue, sobre todo, el petróleo el que ganó la segunda batalla en una espectacular oferta de nuevas aplicaciones, no solo en el mismo transporte, sino también en la petroquímica y muy especialmente en los nuevos materiales como los plásticos, pasando a ser el verdadero motor de todas las estrategias mineras de las multinacionales en la búsqueda de los recursos minerales para la próxima época.
Algunos efectos negativos aparecieron durante las dos guerras mundiales por unos precios, fuera del racional y frío mercado, que produjeron un tipo de empresario, más pícaro y especulador que previsor, y que ha dejado alguna generación posterior de mineros con el doble error mental de
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS confundir la industria con una lotería y de esperar los buenos tiempos, en lugar de luchar tecnológicamente por lograr la reducción de los costes y un avance permanente de las innovaciones. El concepto de que la buena minería era un producto de los períodos bélicos y de las crisis para lograr unos precios remuneradores tan solo podrá producir a medio plazo la inmovilización de las concesiones administrativas y la eliminación de una investigación geológica lenta y continuada, basada siempre más, en la esperanza "matemática" de encontrar los materiales que la sociedad va a demandar en un futuro posterior.
Coincidió ésta época con el relativo triunfo de unas ideas fascistas, que pensaban que la minería era propia de sociedades esclavas y tercermundistas, con la obligación por su parte de abastecer a las fábricas, muy especialmente a las situadas a los bordes del Rhin, con unas materias primas a bajo precio. Tal situación, produjo un inevitable conflicto, en parte también, por causa de la crisis económica de los años 29 y 30, y a la huida de los grandes capitales mineros a países más democráticos como USA, Canadá, Australia y América del Sur y muy especialmente a la gran área circunpacífica para impulsar, en ella, una nueva y mejor minería. Fue la época en que se pusieron las bases del posterior impulso, por las importantes inversiones en exploración de todo tipo de sustancias y por la aparición de las modernas teorías económico-mineras de la Escuela de Colorado, que iban a permitir la aparición de enormes recursos mineros, anteriormente inimaginables, e incluso a la revaloración de antiguas cuencas mineras. En la zona comunista el esfuerzo de búsqueda de minerales con un concepto estatalista y centralizado dio origen a una potente minería en las zonas vírgenes del antiguo imperio zarista, especialmente tras los Urales y en los Estados del Este que, a partir de 1992, parecen desear y lograr la independencia en un proceso similar al sufrido en Africa en los años 60 por los países anglófonos y francófonos.
La aparición, como consecuencia de los avances técnicos introducidos en el período bélico, de tractores, camiones, palas, perforadoras, sensores aerotransportados y especialmente los nuevos explosivos, marcaron el origen de la nueva minería, que si comienza históricamente en Morenci (Arizona), va a sufrir un espectacular desarrollo primero en Estados Unidos de América y Rusia y posteriormente en Canadá, Australia y Sudamérica.
La posibilidad de aplicar tales técnicas fue la feliz combinación del nuevo concepto de mineral, introducido por el Profesor Lasky, asesor del Presidente Roosvelt y Director del Bureau of Mines
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS de USA, durante la segunda guerra mundial, y por otra parte por el feliz descubrimiento de importantísimas reservas de baja ley en la superficie de los yacimientos, que junto al empleo de la maquinaria minera moderna, permitió obtener unos bajos costes de explotación, muy inferiores a los precios de venta en un período de unos precios alcistas, como consecuencia de la reconstrucción del mundo occidental devastado por la guerra mundial.
Añádase a ello la aparición de las nuevas técnicas de tratamiento de los minerales, con un espectacular crecimiento de las capacidades horarias, de las recuperaciones y a la obtención de unos productos mineros concentrados con una calidad superior a los naturales, de los que los viejos países estaban exhaustos. Todo estaba, pues, preparado para la siguiente etapa de vital importancia para el crecimiento de la moderna minería.
De 1950 a nuestros días En 1950 puede situarse la aparición de un fenómeno político de especial trascendencia y cuyas consecuencias pueden explicar algunas de las razones de la actual crisis que pasa el mundo minero. No es otro que la liberación de un gran número de países (más de 100), que fueron las colonias de los antiguos imperios inglés, francés, holandés y belga, que con una importante riqueza minera, era la única industria que conocían y podían desarrollar los nuevos políticos, muchos de ellos formados en la grandes compañías mineras explotadoras antes de la descolonización. Como es lógico, los primeros planes de desarrollo de los nuevos países estaban basados en un aumento de la producción minera, cuyo producto final tiene un marcado carácter internacional y que puede ser vendido fácilmente, siempre que tenga una calidad mínima. Esta super oferta de productos mineros permitió a las antiguas metrópolis recuperar, a través de unos menores cotizaciones, el capital expropiado por los "libertadores".
La tecnología minera, era y es, fácil y sencilla de aplicar por unos obreros, bien con poco capital y mucha mano de obra, o bien con mucho capital y poca mano de obra, de tal modo que pueden competir los ricos y pobres en un mercado globalizado. Todo el interés y el gran esfuerzo con el que los nuevos países se dedicaron a la exploración y la explotación dio como resultado un excedente de la oferta sobre la demanda que contribuyó a la caída de los precios, en términos económicos constantes, provocando el clásico desequilibrio en el modelo dinámico del proceso minero, que tan solo puede ser restablecido limitando, por la vía del mercado, aquellas
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS explotaciones cuyo coste es superior al precio de venta, sin ayudas que alteren el equilibrio para poder restablecer la ecuación.
Pero no deja de ser paradójica la situación de exceso actual de la producción de minerales, en contraposición con el pesimismo de los años finales de los 60, en los que se adelantaron los neomalthusianos o primeros ecologistas, anunciando el inevitable agotamiento de los recursos mineros a escala global y del que quedó el testimonio bien conocido del famoso libro del Club de Roma "The limits to growth". Algunos profesores de la prestigiosa Escuela de Minas de Colorado no han dejado de señalar la precaria cotización de los productos primarios, situación producida en los años 80, como una respuesta minera a las tesis sostenidas en dicho documento y que, quizás en el nuevo ambiente antiminero, provocado por los verdes, no hay más que una nueva táctica para lograr subir los precios de algunos minerales o de las materias primas en general. La gran fluctuación de las cotizaciones de los minerales y de las monedas internacionales, ha dado lugar a unas curvas de precios en el tiempo, tan evolutivas, que hace necesario su análisis en unos períodos hiperanuales para apreciar las megatendencias y unas interpretaciones de las demandas con un gran riesgo, a pesar de todo, de errores.
Podría afirmarse que, a partir de el descenso de los precios de las sustancias mineras, desde la década de los 50/60, se produjo una perdida de capitalización, con un carácter histórico para la minería, que pasó de ser una tradicional fuente generadora de capitales, ya que no en vano fue el origen de la mayor parte de los Bancos en USA, Reino Unido, Australia, Sudáfrica e incluso en la misma España, para ser en la actualidad uno de los sectores más endeudados y necesitado de unos recursos financieros cada día más importantes y caros, cuando no a tener que solicitar un apoyo público para financiar las investigaciones, evaluaciones y los desarrollos cada vez más intensivos en necesidades de capital y más difíciles de obtener por el natural riesgo de las operaciones mineras a causa de la vulnerabilidad de los futuros y, difíciles de predecir, precios de los minerales.
Y, a pesar de todo, de la lucha entre las fuerzas del capital y del trabajo, de las peligrosas expectativas de la nacionalización de los recursos una vez en explotación, de la moderna oposición de los verdes o de los enemigos del progreso e incluso en contra de la imagen negativa de la minería que aportan diariamente los medios de comunicación social, estos últimos 30 años
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS han sido espectacularmente provechosos para el desarrollo de la minería en todo el mundo, a medida que la libertad de los pueblos iba siendo digerida tras la independencia y aparecía la necesidad de una correcta y sana explotación de sus recursos mineros que era defendida por quienes consideraban a esta industria como una de las bases de la riqueza de las naciones, junto a otras nobles profesiones primarias como la agricultura, la ganadería o la pesca, y que era una buena base para la incorporación de una tecnología formativa de un mejor y más solido trabajo en las sociedades que nacían y se incorporaban a un mundo desarrollado y próspero.
Un nuevo estilo de trabajo, más seguro y más sano, unos espectaculares aumentos de la productividad e, incluso, la incorporación de la mujer a las actividades mineras en todos sus niveles, han sido posibles con la introducción de una maquinaria cada vez más potente, eficaz, segura y cómoda, que en una gran variedad, para dar respuesta a los diferentes casos mineros, han logrado acercar a algunos proyectos a unos altos estados de automatización, en contraposición con la antigua imagen del duro y esforzado trabajo minero. Perforadoras de más de 300 mm. de diámetro con bocas de dientes de carburo de wolframio, excavadoras eléctricas con enormes capacidades horarias, superiores a los 2 000 m3/hora, volquetes mineros con más de 250 t de capacidad y motores de 2 500 C.V., vagones de mineral de más de 100 t., locomotoras de 2000 C.V. y 200 t. de peso adherente, cintas transportadoras de alta velocidad y pendiente, capaces de transportar unas granulometrías de hasta 200 mm., tuberías para el transporte hidráulico de sólidos, líquidos y gases de más de 1 500 Km. de longitud e incluso trituradoras móviles sobre orugas, que permiten su propio desplazamiento por el interior de las explotaciones, son algunos de los ejemplos de las recientes aplicaciones en la moderna minería y que han convertido a esta industria en una atractiva inversión para algunos empresarios que todavía aman el riesgo al que suele, cuando está bien hecha, corresponder la alta rentabilidad propia de las actividades extractivas.
Y, junto a las máquinas, un nuevo estilo y espíritu minero para aplicar las nuevas tecnologías y las nuevas ciencias conexas como la Geoestadística, la Geomecánica, la Geofísica, la Físico Química de los explosivos de nuevas generaciones y sobre todo la aplicación masiva de los ordenadores, bien en los procesos de planificación y simulación como en el control en tiempo real de algunos procesos repetitivos y rutinarios, tanto en la operación como en los procesos de tratamiento de los minerales y de las rocas para recuperar los metales, combustibles, sustancias
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS químicas y materiales de construcción en una minería mucho más atrayente y compensadora a los técnicos y pocos obreros que cada día emplea.
Una consecuencia de tal desarrollo ha sido el avance tecnológico en la minería española que habiendo llegado a unos ciertos mínimos históricos en 1970 y partiendo del impulso ocasionado por un Plan Nacional de la Minería, permitió superar el pesimismo secular de un agotamiento de las reservas con la aparición de nuevos recursos de baja ley y unas grandes minas, altamente productivas y muy rentables, salvo en algunos años de especialmente bajas cotizaciones y que han doblado el valor de los productos mineros, en parte por los nuevos minerales como el lignito, el sulfato sódico, las piedras ornamentales y la celestina, que sustituían a los clásicos como el carbón, el hierro, las piritas o el mercurio, cuya lenta agonía puede contribuir a dar una imagen negativa del conjunto del sector, que ha sufrido lenta y calladamente un importante proceso de reconversión y para algunos empresarios, más bien pocos y extranjeros, el placer de ganar mucho dinero en una actividad, no en un juego, apasionante y aventurada y sobrepasar los períodos de crisis con unos procesos y alternativas más imaginativas, innovadoras y tecnológicamente avanzadas.
Si bien, algunas de las sofisticadas técnicas empresariales, ingenieriles, financieras y comerciales, han podido restar algo de la belleza y atractivo que la intuición y la anarquía concedían a la antigua minería, ésta se ha ido convirtiendo en una industria que como las demás se debe regir por los mismos y serios principios de cualquier actividad humana. Esto es, un mercado (la sociedad en general) solicita y paga un precio por un producto que necesita, en un plazo y en unas condiciones que inexorablemente debe de cumplir. Es la labor del buen minero encontrar entre la gran cantidad de oportunidades que están entre los indicios, criaderos y yacimientos conocidos o por encontrar mediante la aplicación, con unos conocimientos y esperanzas, del capital y de la tecnología necesarios para "hacer una mina", que será capaz de satisfacer aquella demanda, verdadero motor de todo el proceso. No en vano se viene a llamar a la moderna industria extractiva MINERÍA SOCIAL, ya que no es otra cosa que una respuesta técnica a una sociedad que desea vivir más y mejor.
Como en las demás industrias, el moderno minero debe de cumplir con la doble exigencia de estudiar el mercado y globalizar su producto para poder ser vendido en cualquier parte del mundo
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS en que se necesita y por ello se paga bien. Una de las mejores medidas de la calidad de un producto minero es su capacidad de ser exportado a los países más exigentes y rigurosos del mercado mundial. Como las demás actividades humanas, en el momento actual, la minería tiene como fuente y origen el saber buscar la financiación para desarrollar el largo y difícil proyecto y encontrar el comprador serio y formal, que compensará con un pago remunerador el esfuerzo que todo el equipo humano habrá llevado a cabo, desde la exploración pasando por la extracción hasta el final tratamiento del producto mineral. Esta nueva visión social, economicista y mercantil de la moderna minería, no solo no ha producido un estancamiento o una paralización de la tradicional, sino que ha abierto posibilidades insólitas en cuanto a nuevos productos, nuevas aplicaciones y nuevos mercados, así como por la sustitución estratégica de unos combustibles por otros (Carbón por petróleo o uranio), de unos metales por otros (Cobre y plomo por aluminio y otras aleaciones) y de los abonos orgánicos por los químicos y un fabuloso desarrollo de nuevas y especiales técnicas de control de las calidades o tamaños (espectrometría, rayos X, Plasma ), en el control de los procesos (Robots, válvulas limites, puesta en marcha y paradas automáticas a distancia, el control por televisión y video, etc.) y el análisis económico de cada parte del proceso desde la fase inicial de la planificación hasta el último de los controles.
La conexión con las otras ingenierías y actividades humanas han convertido al equipo minero en mucho más rico por lo que se ha hecho necesario añadir una mayor selectividad en la elección del personal y en su formación continuada para poder integrarse en una empresa mucho más dinámica y progresista.
Si en la minería antigua la Península Ibérica estuvo en primera línea, cuando se buscaban los minerales, entonces raros y ricos, y en la etapa industrial del siglo pasado las nuevas técnicas y necesidades disponibles permitieron otro momento álgido de la minería española, cabe pensar que en el momento especialmente interesante de aplicación de nuevas tecnologías y de demanda de nuevos productos, otra vez podría ser ésta, ya explotada zona del planeta, la que atrajera el aventurero espíritu de los nuevos empresarios, que ojalá, en esta ocasión, no tengan que ser extranjeros en un país con tan buenos operarios mineros.
CAPÍTULO II. DEFINICIÓN DE MINERÍA Y MINERAL 1. EL CONCEPTO MODERNO DE MINERÍA El gran cambio conceptual producido en la industria minera a partir de los años 60 fue, básica y esencialmente, la sustitución del anterior concepto de mineral como una rareza, una concentración anormal de una sustancia en un determinado espacio, un tesoro escondido, por un nuevo concepto estadístico y económico, que partiendo del axioma de que toda la corteza terrestre es una gran mina al servicio de la humanidad, el verdadero esfuerzo se debería poner más en el hacer que en el encontrar.
"Las minas se hacen más que se encuentran ". "Los recursos no son, sino que llegan a ser". (Zinmmermann, en Minerals Economic).
GEOLOGIA
LABOREO
MINERALURGIA DIAGRAMA DE LA MINERÍA
Hacer una mina es producir una sustancia mineral demandada por la sociedad a través de un mercado y un precio remunerador. Es básicamente el precio, un reflejo de la necesidad social, quien convierte unas sustancias en minerales y con ello crea las minas. Además, es el propio mercado el que impone unas exigencias o condiciones, que muy raramente cumple la naturaleza, bien por exigir unos mínimos o formas que no tiene la materia prima, bien por rechazar unos contenidos no deseables, impurezas o venenos, que hay que eliminar o reducir antes de poder venderla, por lo cual tenemos que procesar la materia prima para convertirla en un producto realmente comercial. De ahí que, junto al esfuerzo de la confirmación y evaluación de las reservas, que lleva a cabo el ingeniero geólogo y al trabajo de la extracción y transporte que ejecuta el ingeniero minero, hay, normalmente, que añadir el proceso de enriquecimiento o concentración que debe realizar el ingeniero mineralúrgico para lograr, finalmente, un producto vendible que responda a aquella demanda del mercado.
Este conjunto de tecnologías es lo que llamamos Minería, y que representamos en el esquema adjunto, en el que priman más en unas ocasiones la exploración o geología, como en el caso del petróleo, o en otras el Laboreo, como para las rocas, los carbones y los metales y en otras el tratamiento mineralúrgico como en los casos de los minerales industriales y de algunos metales como el Uranio, el oro y la plata. 2. DEFINICIÓN DEL MINERAL Hace un siglo la Ley de Minas de 1869 definía los minerales como "Las sustancias útiles del reino mineral, cualquiera que sea su origen y forma de yacimiento, hallense en el interior de la tierra o en la superficie, y para su aprovechamiento". Actualmente se debe definir como tal toda aquella sustancia del reino mineral que investigada, extraída, concentrada, transportada y vendida produce un beneficio económico, quedando, pues, tan sólo excluidos los vegetales y animales y todas aquellas sustancias minerales que produzcan pérdidas económicas. Si así no fuera, sin la necesidad de producir un beneficio, toda la materia de la corteza terrestre sería mineral y por ello todo el planeta sería una mina, lo cual a futuro podría ser cierto, pero no lo es en un momento considerado de la historia, ya que el precio, que la sociedad desea pagar en ese momento por una sustancia, debe compensar la suma de todos los costes que conllevan los procesos citados. El beneficio ha sustituido en el mundo actual al concepto de utilidad que primaba en siglos pasados. A partir de la fórmula B = Pv - ΣC > 0,
l c =
ΣC
en la que siendo: P u .η B = Beneficio económico Pv = Ingresos por precio de venta y cotizaciones ΣC = Suma de todos los costes mineros y mineralúrgicos, viene a resultar la conocida fórmula del cut-off o de la ley de corte (Prof. Lasky), enunciada en 1.952 en el informe Paley para el Presidente de los Estados Unidos de América. Aparece, así pues, el concepto de una calidad mínima o de una ley de corte a partir de la cual una sustancia pasará a ser ó considerarse como mineral, ya que si : Pv = lc x Pu x η, al determinar la ley que llega a producir un beneficio B nulo: B = Pv -
ΣC
resulta: ΣC
= Suma de todos los costos del proceso Pu = Precio unitario del producto vendible η = Rendimiento global del proceso -
La clasificación de los recursos de una determinada sustancia a una escala global o particular viene expresada, por su carácter aleatorio, a través de una ecuación de distribución log-normal, de acuerdo con la ley de Lasky:
y=K 1e
x K 2
=0,
siendo :x = leyes, y = recursos; k 1 y k2 = constantes correspondientes a la
sustancia y al
yacimiento Como recursos económicamente explotables debemos aceptar, tan solo, aquellos cuya ley es superior a la definida como
ley de corte, pasando las restantes sustancias de la curva de los recursos - leyes a ser consideradas como unos materiales marginales o estériles desde un punto de vista minero actual. La integración de los recursos con una ley superior a la mínima nos da el conjunto de los recursos hoy explotables, que pasan a ser las reservas tras la consideración de su fiabilidad económica, su explotabilidad y su recuperación mineralúrgica. Esto es, no todos los recursos son extraibles en la mina o en la planta; en la mina porque es preciso abandonar ciertas áreas de protección, pilares, taludes, etc., con lo cual el rendimiento de la extracción no alcanza el 100%; y en la planta porque el proceso tampoco puede alcanzar una recuperación total, sino que existen inevitables pérdidas en los residuos que limitan la posibilidad económica de alcanzar el 100%. El producto global de los rendimientos parciales de la minería y del tratamiento en la planta nos da el rendimiento final del proceso, que, muy raramente alcanza el 75%, salvo en aquellos casos de las rocas masivas, de las que, paradójicamente y, dado su bajo precio y abundancia, no importaría que se perdiera algo más. Es justamente a partir del conocimiento del precio, de la ley mínima y del verdadero rendimiento final, cuando se puede hablar de unas reservas , un concepto muy restringido del cual se ha especulado, normalmente, con poco rigor y con demasiada facilidad y alegría y que aparte de su verdadero carácter dinámico (variable como los precios y costos) debe ser exigente y rígido a la hora de ser aceptado y poder tener el valor de un activo minero como realmente le corresponde. Son las reservas económicamente explotables las que constituyen la base del proceso minero, pudiéndose afirmar que se necesitan conocer en ellas con la mayor precisión: -
su ley media que viene a establecer el beneficio a obtener unitariamente por cada tonelada minada.
-
su cantidad que permite las amortizaciones de las fuertes inversiones en la investigación,
la extracción y las plantas de proceso. -
su distribución espacial que llega a determinar el método y el orden de extracción y por lo tanto impone los costos mineros.
Tan sólo un conocimiento aceptable, que disminuya el riesgo a unos niveles admisibles por los inversores, permite obtener los fondos necesarios para poder desarrollar el largo proceso que nos conduce a hacer una mina moderna, fuera de las anticuadas especulaciones que aceptaban enormes riesgos y que asimilaban la minería a una lotería. Puede afirmarse, con Blondel y Lasky, que no existe ningún impedimento que nos limite "probar con certeza" las reservas de mineral existentes antes de explotarlas. No solo las variaciones económicas sino, también, las temporales o mentales limitan más la verdadera posibilidad de llegar a un conocimiento más seguro y certero, que disminuya el nivel lógico de incertidumbre de las reservas minales. ¿Cuales han sido, son y serán las sustancias, que, en un cierto momento, la sociedad necesita y demanda?. Evidentemente son tantas y tan cambiantes como la propia sociedad y como ella tienen una tendencia creciente, cíclica y oscilante, lo que se refleja, obviamente, en los precios que esta dispuesta a pagar por las mismas en cada momento. Una clasificación, que no trata de ser exhaustiva ni tampoco totalmente precisa, y llevada a cabo a través de las estadísticas anuales publicadas por el Minerals Yearbook, el Mining Magazine y por los quinquenales "Annales des Mines", viene dada en el capítulo 4º, en el cual se ha intentado obtener una racionalización de la clasificación en la forma de;
Rocas
Metales
Combustibles
Minerales industriales
de acuerdo con la historia de la propia humanidad, en la que su avance o desarrollo siempre vino definido por la necesidad de alguna sustancia minera, y ello dejando aparte el más importante mineral para el ser humano como es el agua, que en cualquiera de sus formas de utilización y precio, supone más de unos 300.000 millones de toneladas por año que, por su importancia numérica, alteran y deforman las posibles y necesarias comparaciones. GRUPO
SUBGRUPO
ROCAS
GRUPO
SUBGRUPO
ENERGÉTICOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
COMBUSTIBLES
ROCAS ORNAMENTALES
HIDROCARBUROS
PIEDRAS PRECIOSAS
NUCLEARES
METALES
INDUSTRIALES BÁSICOS
FERTILIZANTES
MENORES
SALES
PRECIOSOS
ESPECIALES
3. CARACTERÍSTICAS DIFERENCIALES DE LAS INDUSTRIAS MINERAS Como corresponde a las naturales diferencias en sus aplicaciones, cotizaciones y distribución en la corteza terrestre existen marcadas diferencias entre los cuatro grupos de sustancias mineras y van a dar lugar a unas industrias trasformadoras con marcadas diferencias. Rocas -
Gran tonelaje y poco valor del producto.
-
Inagotables reservas, bien distribuidas por todo el mundo.
-
Orientación hacia el mercado.
-
Gran competencia entre los productos.
-
Localización próxima a ciudades de gran consumo, salvo por razones ecológicas.
-
Poco control de calidad.
Metálicas -
Gran valor del producto y poco tonelaje.
-
Mayor problema de agotamiento de reservas que de su sustitución por otra sustancia.
-
Orientación hacia la tecnología (exploración, laboreo y tratamiento).
-
Recuperación de las chatarras
-
Distribución irregular en el mundo.
-
Pequeños yacimientos.
Industriales -
Poco tonelaje y gran calidad
-
Mercados cautivos muy exigentes.
-
Especificaciones muy rígidas.
-
Control de calidad en exploración, mina y en las plantas de proceso.
-
Peligro de sustitución del producto más que de agotamiento de las reservas.
Combustibles -
Gran tonelaje y gran valor. Vivimos la Era de la Energía.
-
Competencia internacional para el control del suministro y abastecimiento.
-
Cambios frecuentes del esquema de las fuentes de la producción energética.
-
Bajo nivel de recuperación de los recursos de los yacimientos explotables.
-
Gran competencia entre los diferentes minerales que se sustituyen entre sí fácilmente.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPÍTULO III. DEFINICIONES FUNDAMENTALES 1. DEFINICIÓN DE MINA De la misma forma que se produjo la evolución en el concepto de mineral, una moderna definición del concepto de "mina", más clara y exigente, se ha venido imponiendo en los últimos tiempos, habiendo sido ya admitida internacionalmente por los Organismos internacionales competentes, y especialmente por las grandes instituciones financieras públicas o privadas. Al anticuado y popular concepto, que aplicaba el título o nombre de mina a cualquier manifestación de minería antigua o moderna, grande o pequeña, rentable o no, etc. se ha venido a superponer, sin todavía haberse logrado un convenio público, un criterio más selectivo, de acuerdo con el grado de las reales fiabilidades geológica y económica. Así se han llegado a diferenciar, conceptualmente, las siguientes cuatro etapas para llegar al verdadero concepto de MINA:
Indicios , se deben denominar así a las existencias de datos técnicos, históricos, administrativos e incluso verbales que podrán indicar la aparición de algún valor representativo de una anomalía, tales como denuncias, muestras, afloramientos, viejas labores mineras, historias locales, existencia de unas formaciones geológicas similares e incluso de algún sondeo o diágrafo, pero sabiendo que un solo sondeo no define una mina, sin poderse hablar en un modo formal de una estructura o modelo, ni de cantidad, ni de calidad medida de la sustancia contenida o mencionada, sino tan sólo de una buena posibilidad de existencia de unos valores por encima de las leyes mínimas económicas.
Criaderos, que son aquellas estructuras geológicas determinadas relativamente en un espacio concreto, pero sin llegar a tener todavía los suficientes datos de la cantidad y la calidad que permitirán pasar a una valoración económica. Puede, geológica y geofísicamente, tener determinados unos límites geográficos, pero no se puede establecer, todavía, ni minera ni mineralúrgicamente, su fiabilidad o explotabilidad económica.
Yacimientos, que son aquellos criaderos que, habiendo sido ya evaluados en su disposición espacial, en su distribución, en cuanto a su tonelaje y leyes, e incluso habiéndose estudiado su método posible de explotación, pero que, todavía, están por desarrollar o que han sido parados coyunturalmente por razones políticas, tecnológicas o económicas.
Mina, es la explotación que está en operación y que tiene una producción regular, que logra su comercialización y con ello genera un flujo de ingresos y gastos que da como resultado real un beneficio económico y/o social. En algunos casos aquello que realmente importa a la sociedad es la creación de una gran corriente de servicios que pueda derivarse de la explotación de tales recursos mineros, más que la propia naturaleza física del recurso mismo.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Intermedio entre los conceptos de yacimiento y de mina, se debe de incluir la etapa denominada
Proyecto, que por su gran importancia cada vez mayor en tecnología, en tiempo y dinero, así como por llevarse a cabo en esta fase importantes inversiones y trabajos de ingeniería, de construcción y de preparación de la mina tiene ya un carácter positivo y real de empleo, de mano de obra y de generación de trabajo, riqueza y conocimiento. 2. PASOS PARA LLEGAR A LA MINA A partir del indicio o de la anomalía, el equipo geológico procede, de acuerdo con su buen saber y conocer, a establecer y determinar un modelo, que, si en un principio se puede apoyar en unas hipótesis o en unas interpretaciones cualitativas, tiene que irse consolidando con el tiempo en unos datos más reales que permitan unas cuantificaciones cada vez más aproximadas, más certeras, que fundamentalmente van confirmando o reajustando el modelo. Es decir, se van incorporando, paso a paso, nuevos datos reales para lograr la aproximación del modelo a la realidad. Los tradicionales medios mineros para la obtención de estos necesarios y básicos datos geológicos han sido, son y serán: -
La geología
-
la geofísica
-
los sondeos y barrenos
-
las calicatas
-
los pozos y galerías
-
las minas pilotos
-
los análisis químicos y físicos.
Como una técnica fundamental de aportación de datos en forma económica, rápida y eficaz, deberá destacarse la realización de los sondeos, que si bien tradicionalmente han sido realizados con la captación del testigo en una forma continua, modernamente se pueden realizar bien por la simple captación del polvo, para su análisis, ó bien por la introducción de unos útiles especiales de testificación geofísica, que, a través de medidas indirectas, podrán obtener diagrafías o datos puntuales de localización de los terrenos atravesados. En este caso se puede hablar mejor de barrenos en lugar de sondeos y no se debe tratar de una técnica sustitutiva, sino complementaria del tradicional y bien clásico testigo continuo, cuya utilidad no es, ya sólo, el contenido en leyes de los minerales, sino también la obtención de unas muestras de carácter geomecánico y mineralúrgico, así como de una caracterización de los terrenos atravesados.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La realización de las calicatas, pozos y galerías, con un carácter complementario a la ejecución de los sondeos, tienen, hoy en día, el doble peligro de su alto coste y del aporte de pocos datos y alterados por la zona a la que pueden llegar, que lógicamente está casi siempre meteorizada e incluso bastante transformada químicamente, hasta el punto de llegar a poder suministrar una información errónea o al menos contradictoria con los datos más profundos. La realización de minas pilotos es una técnica habitual en los grandes proyectos mineros para tratar de reproducir, a una escala semi-industrial, aquellas condiciones operativas mineras y mineralúrgicas necesarias para suministrar datos reales sobre la recuperación, la estabilidad, los reactivos y los tiempos de acondicionamiento del mineral. Pero dado su alto coste queda circunscrito su empleo a los grandes proyectos, siendo, en todo caso, utilizado como una fase preliminar en aquellos casos de las minas medianas en que se podría modularizar (dividir en módulos menores) la producción vendible, especialmente para comprobar las reacciones o dificultades que impondrá el mercado ante el nuevo producto minero a introducir. El gran volumen de los datos obtenidos por las técnicas de exploración empleadas deben ser clasificados en un sistema bien ordenado o conjunto de "elementos finitos", de bloques, de ladrillos, áreas, polígonos, etc, para lograr la más completa y realista representación de la distribución espacial de todas las toneladas y leyes, que pueden ser ajustadas estadísticamente por las apropiadas técnicas de interpolación y de extrapolación, al mismo tiempo que se pueden realizar aquellas estimaciones de variaciones, errores, etc, que llegan a medir el riesgo de las evaluaciones efectuadas. Modernamente, existe una tendencia a medir más el riesgo que la propia certeza de la evaluación de las reservas mineras de un proyecto. La moderna minería debe explotar, hoy, unas leyes más bajas de minerales que antaño y que aun han permanecido en la corteza terrestre, bien porque han sido dejadas allí por los antiguos mineros o bien porque eran demasiado abundantes -podría decirse que lo malo abunda- de ahí que obligatoriamente las modernas explotaciones tienen que ir acompañadas de una planta de tratamiento del mineral para incrementar el valor del producto vendible, al mismo tiempo que reducir el impacto negativo de aquellas características químicas o físicas que penalizan el mineral natural y le dan la forma y tamaño que requiere la posterior industria transformadora. Es la fase de la optimización económica de los datos y del diseño de la operación para convertir el elevado conjunto de los recursos en unas reservas explotables en función de algunos criterios
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS corporativos o empresariales así como de las limitaciones que impondrá el mercado. La presentación de las evaluaciones, deberá, hoy en día, llevarse a cabo a través de un inventario que se presentará, generalmente, en forma de curvas (toneladas-leyes), secciones, plantas, maquetas, matriz de bloques, gráficas 3D, etc. Al conjunto geométrico se le denominará MODELO
DE INVENTARIO DEL MINERAL.
PASOS EN LA ESTIMACIÓN DE LAS RESERVAS
Este inventario de minerales, no será, sin embargo, el que constituirá el conjunto de los minerales recuperables, ya que, junto a las limitaciones que cada bloque espacial por su ley tendrá como por la densidad del mineral o estéril, deberá tenerse muy en cuenta un parámetro tan importante como será la futura recuperación mineralúrgica que no significará, tan solo, la posibilidad real de poder perder algún elemento vendible, sino también la necesidad de tener que conocer la tecnología y costo del proceso de concentración que se tendrá que utilizar. También las restricciones tecnológicas o las sociales, las previsiones de precios futuros, los gastos extra o postmineros y las limitaciones empresariales, reducirán el modelo previo de inventario hasta lo que denominaremos MODELO ECONÓMICO.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 3. ETAPAS DEL TRATAMIENTO DE LOS MINERALES El proceso de concentración o beneficio, que constituye la tecnología de la Mineralurgia o del proceso de los minerales y que es auténticamente crítico en la moderna tecnología minera y de la que no debe de ser separada, puede ser clasificado en 4 etapas según el grado de la dificultad del propio tratamiento del producto final con relación al inicial. PROCESOS TÍPICOS DE CONCENTRACIÓN DE MINERALES ETAPA
GRADO DE CONCENTRACIÓN
PROCESOS TÍPICOS
EJEMPLOS
1ª
PEQUEÑO
Estrío manual , trituración, clasificación, lavado, corte, pulido, etc.
Rocas, tierras, arcillas, hierros, carbones buenos, áridos, oro y minerales aluvionares.
2ª
MEDIO
Trituración gruesa, clasificación gravimétrica, medios densos, secado, mezclado y homogeneizado
Carbones medios, industriales y metales pesados sueltos.
3ª
NORMAL
Trituración gruesa y fina, moli molien enda da,, flo flota taci ción ón,, esp espes esad ado, o, filtrado y secado
Sulfuros metálicos dise disemi mina nado dos, s, indu indust stri rial ales es especiales.
4ª
GRANDE
Trituración gruesa, fina, moli molien enda da,, diso disolu luci ción ón quí química, ica, concentración, electrólisis, precipitación y fusión
Oro, plata y otros metales dise disemi mina nado dos, s, uran uranio io,, cobre y sales.
NOTA.-Evidentemente pueden presentarse algunos casos aislados en que puedan concentrarse fácilmente unos minerales difíciles, como es el caso del oro por bateas o el de unas rocas y tierras que requieran una difícil concentración como los caolines o arcillas.
4. DEFINICIÓN DE MINERAL, MARGINAL Y ESTÉRIL La clasificación internacionalmente aceptada, y obligatoria legalmente en algunos de los principales países sajones para la definición de reservas es la siguiente: PROBADAS MEDIDAS DESARROLLADAS RESERVAS
PROBABLES INDICADAS POSIBLES INFERIDAS
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS El profesor Mc KELVEY ha establecido en función de dicha clasificación la siguiente Matriz o BOX para poder establecer la diferencia entre ellas y sobre todo la diferencia entre el concepto de las RESERVAS con el concepto de los RECURSOS. TOTAL DE RECURSOS MINEROS IDENTIFICADOS FIABILIDAD
DEMOSTRADOS
NO IDENTIFICADOS INFERIDOS
HIPOTÉTICOS
ESPECULATIVOS
ECONÓMICA % MEDIDAS
INDICADAS
RESERVAS
R1
R1
R2
R3
MARGINALES
R2
R2
R2
R3
LATENTES
R3
R3
R3
100 - 87,5
87,5 - 75
75 - 50
FIABILIDAD
50 - 25
< 25
GEOLÓGICA %
Mc KELVEY BOX Una simple explicación sobre los conceptos que enmarcan la citada matriz podrá aclarar las diferencias entre ellas.
Recursos marginales: son las reservas recuperables a un precio de hasta 2 veces el actual Recursos latentes:
son las reserv reservas as con con unos unos precio precioss entre entre 2 - 10 10 veces veces el actu actual al
Estéril:
son los recursos con unos contenidos nulos o inferiores a los que corresponden de los latentes
5. EL CONCEPTO DE RECURSO Y DE RESERVA. LA FIABILIDAD GEOLÓGICA Y LA FIABILIDAD ECONÓMICA El concepto de mineral se debe aplicar a cualquier recurso geológico que puede ser explotado
con beneficio en el momento actual , esto es, que tenga un valor económico superior a los costes. Quizás en el idioma castellano falte un palabra para traducir el concepto inglés de ORE, que deberá ser entendido como mineral económico. Por ello en la práctica minera la valoración de los recursos geológicos se debe establecer de acuerdo a los siguientes criterios básicos: 1. Criterio físico o de certidumbre geológica, llamada FIABILIDAD GEOLÓGICA 2. Criterio económico o de rentabilidad de la explotación minera, llamada FIABILIDAD ECONÓMICA Así pues, deben diferenciarse claramente los conceptos de recursos y reservas. Los recursos
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS pueden asociarse a la idea geológica de su existencia física, y las reservas a la parte de esos recursos que pueden explotarse de manera rentable en un momento determinado. Es decir, el recurso es un concepto semiestático y menos preciso, mientras que las reservas son un concepto más dinámico y seguro. Para un yacimiento dado, y en un período de tiempo determinado, las reservas aumentan: a)
Cuando el precio del mineral sube.
b)
Cuando los costes de explotación bajan, y los rendimientos de recuperación minero-mineralúrgico suben.
c)
Cuando se acepta un mayor riesgo económico o temporal por parte de la empresa o un menor beneficio en la explotación.
Por todo lo expuesto, creemos oportuno adoptar la "Clasificación Internacional de Recursos Minerales" recomendada por un grupo de expertos sobre "Definición y Terminología para Recursos Minerales", convocados por la Secretaría General de las Naciones Unidas y organizado por el Centro para Recursos Naturales, Energía y Transporte, en U.N. Headquarters de Nueva York en 1.979. 6. CATEGORÍA DE LOS RECURSOS MINEROS Se definen tres categorías básicas de recursos R-1, R-2 y R-3. Estas categorías se diferencian de acuerdo con su nivel de fiabilidad e incluyen los recursos minerales "In situ" que pueden ser económicamente interesantes en las próximas 2 ó 3 décadas. CATEGORÍA R-1 Incluye aquellos recursos "In situ" que han sido reconocidos con suficiente detalle como para establecer su modo de formación, la clase y las cualidades esenciales de cada uno de sus componentes individuales. Las principales características mineras del proceso tales como; el grado de distribución de la mena, las propiedades físicas que la afectan, y la mineralogía de los elementos constituyentes, son conocidos primordialmente mediante análisis directos y medidos de la mena, y combinados con extrapolaciones de exploración geológica y con datos geofísicos y geoquímicos. Las cantidades han sido sido estimadas con un alto nivel de fiabilidad; fiabilidad; sin embargo, en algunos depósitos o en parte del mismo el nivel de error aceptable puede llegar hasta un 30%. CATEGORÍA R-2 Se incluyen en ella los recursos estimados "In situ" que están directamente asociados con
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS descubrimientos de depósitos minerales, pero que al contrario que en los recursos incluidos en la Categoría R-1, las estimaciones son preliminares y basadas únicamente en un conocimiento geológico inicial efectuado en algunos puntos del criadero. El modo de formación o génesis, el tamaño y la forma se dan por analogía general, por consideraciones estructurales, y por el análisis de datos directos y/o indirectos del depósito. Menos importancia tiene en esta categoría la estimación de las cubicaciones, pudiendo llegar los errores de estimación hasta un nivel de un 50%. CATEGORÍA R-3 Estos recursos están por demostrar, pero existen indicios, sin embargo reales, de tipo similar a depósitos ya descubiertos. Las estimaciones de las cubicaciones In situ están, principalmente, basadas en extrapolaciones geológicas, indicaciones geofísicas o analogías estadísticas. La existencia y tipo de algunos de estos depósitos son meramente especulativos. Podrán o no ser confirmados dentro de algunos años. Las estimaciones para R-3 sugieren una extensión de las extrapolaciones y en algún sentido de la prospección de los materiales superficiales. El bajo nivel de fiabilidad deberá ser claramente reflejado en el informe de evaluación de los recursos. Cada una de las categorías puede ser posteriormente subdividida en: E (Económicas) y S (Subeconómicas o marginales) siendo: E=
Aquellos recursos "In situ" que se consideran pueden ser explotados en un área concreta, en función función de unas determinadas condiciones socio-económicas y tecnológicas existentes en un período de tiempo.
S=
El resto de los recursos "In situ" que no se consideran en el período de tiempo estimado de interés económico, pero que pueden serlo en función de futuros cambios económicos y/o tecnológicos.
A su vez, dentro de esta categoría categoría de recursos subeconómicos, subeconómicos, pueden diferenciarse los recursos marginales "M" y los recursos latentes "L", siendo aquellos los que incluyen las explotaciones de un futuro inmediato como resultados de unos cambios relativamente normales o anticipables en las actuales circunstancias técnicas o económicas.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Precisamente se denomina "Break even" a aquella cotización del mineral a partir de la que un mineral, yacimiento o una parte del mismo pasarán a ser explotables, conocida su ley media, sus costes y sus rendimientos. Debe ser medida en la unidad económica de la cotización del mineral y marca el limite a partir del que un mineral o recurso puede ser llamado reserva y por lo tanto establece el punto de apertura o cierre de una mina o de parte de ella. Discutible es la incorporación en los costes de las amortizaciones de las inversiones apareciendo dos conceptos de Break-even uno más operativo (sin amortizaciones) y otro más fiscal o financiero(con amortizaciones).
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO IV. LA INDUSTRIA MINERA. SUS VALORES, PRODUCCIONES, PRECIOS Y MERCADOS El papel o los valores de la Industria minera en el mundo moderno debe ser examinado desde varios puntos de vista muy diferentes: 1º. Por su valor económico simple De acuerdo con los cuadros nº 1 y 2, que se adjuntan, la producción minera anual viene a ser de unos 30.776 Millones de toneladas que, con un valor medio de unos 53 $/t, nos da un valor global de unos: 1 641 088 Millones de Dólares / año , que sobre un PIB GLOBAL de 20 billones de dólares equivale a un 6,25% y a unos 300 Billones Ptas. / año = 3 veces PNB de España. Su variación en la anterior década fue la siguiente: VALOR TOTAL DE LA PRODUCCIÓN MINERA MUNDIAL
VALOR DEL COMERCIO MUNDIAL DE MINERALES
SOBRE EL COMERCIO MUNDIAL
AÑO
BILLONES $
BILLONES $
%
%
1980
1269
652
51,4
33
1981
1226
623
50,8
32
1982
992
566
57,1
31
1983
989
515
52,1
28
1984
1025
515
50,2
27
1985
1010
491
48,6
26
1986
1045
440
42,1
20
1987
1057
442
39,6
17,7
1988
1116
362
32,4
-
1989
1182
363
30,7
-
1990
1261
375
29,7
-
1991
1236
382
30,9
1992
1249
-
-
-
Nota : La tendencia a la baja del comercio mundial de minerales se debe a la política, de la mayoría de los países, de conseguir unos productos más acabados a bocamina, que pasan a ser considerados dentro de otras partidas de productos transformados en el GATT.
Estos datos permiten obtener unos índices relativos de densidad de producción minera de unos 273 $ /habitante /año y de densidad por superficie de extracción de unos 5 333 $/Km 2. Su valor relativo y total por sustancias y grupos, de acuerdo con la clasificación del capitulo 2º para el año 2000 y conforme con las más recientes estadísticas disponibles del Minerals Yearbook, U.S. Geological Survey, Annales de Mines y las españolas del Ministerio de Industria, Carbunion y la Asociación Nacional del Plomo es la siguiente
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
CLASIFICACIÓN Y VALORES DE LAS PRODUCCIONES MINERAS EN EL AÑO 2000 GRUPO
SUSTANCIA Unidad
TONELAJE Millón. t
Valor $/t
7.150 3.850 2.585 2.000 110 160 165 1.700 165 17.885
5,4 6,0 5,0 15,0 7,0 45,0 25,0 77,5 100,0
2,5 22,5 13 5 43 Mquilates 56 60,5 20 116,5
400,0 350,0 400,0 250,0
Valor total Subgrupo Millones Millones $
% valor
% tonelaje
264.980
16,15
58,11
15.325
0,93
0,14
3.952
0,24
0,038
95.519
5,82
3,44
23.623
1,44
0,05
31.216
1,90
0,07
ROCAS Piedras Gravas Arenas Calizas MATERIALES Yesos DE LA CONSTRUCCIÓN Cales Arcillas Cementos Arenas silíceas Subgrupo Pizarras Mármoles ROCAS ORNAMENTALES Granitos Otras ornamenta. Subgrupo
GEMAS
Perlas, rubíes, esmeraldas, ópalos Diamantes industriales Diamantes Subgrupo
METALES
BÁSICOS
MENORES
PRECIOSOS
Hierro (mineral) Cobre (metal) Plomo (metal) Zinc (metal) Aluminio (metal Subgrupo Níquel Cobalto Cromo Estaño Volframio Molibdeno Titanio Vanadio Manganeso Magnesio Mercurio Otros Subgrupo Oro Plata Platino Paladio Subgrupo
miles t 1.010.000 13.100 2.980 8.000 23.900 1.057.980 miles t 1230 32,3 13,7 200 31,5 440 5.000 42 7.500 277 630 15.397 t metal 2.445 17.900 178 177 20.700
65,0 5,2 200,0
26 1.760 462 1.122 1.500
8.613 34.100 1.450 8.140 7.500 6.000 300 4400 240 4400 4286
9.180.328 172.131 13.033.333 19.032.258
38.610 23.100 12.925 30.000 770 7.200 4.125 131.750 16.500
1.000 7.875 5.200 1.250
3.640 312 4.000
26.260 23.056 1.377 8.976 35.850
10.594 1.101 20 1.628 236 2.640 1.500 185 1.800 1.219 2.700 -
22.446 3.081 2.320 3.369
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
CLASIFICACIÓN Y VALORES DE LAS PRODUCCIONES MINERAS EN EL AÑO 2000 ENERGÉTICOS CARBONES
HIDROCARBUROS
NUCLEARES
Turba energética Lignito Antracita Hulla Subgrupo Petróleo Gas Natural Arenas Asfálticas Pizarras bituminos Subgrupo Uranio
INDUSTRIALES O QUÍMICOS
FERTILIZANTES
SALES
MINERALES ESPECIALES
TOTAL TOTAL per cápita
Fosfatos Potasas Piritas Azuf re Turba agrícola Subgrupo
Millón. t 1.000 1.000 1.000 1.223 4.223 4.445 2.100 200 n.d. 6.745 En t 36.000
Millón. t 140,0 26,5 22,3 57,4 27 246,2
10 20 60 75
162 125 50 n.d.
10.000 20.000 60.000 91.725
Sal Común Bromo Magnesita Fluorita Sosa Barita Borax Carbonatos Sulfatos Subgrupo
210,0 0,5 3,1 4,5 31,0 5,7 2,5 10,0 4,0 271,3
40 900 43 40 130 24 250 100 140
Asbestos Estroncio Caolines Feldespatos Talcos Refractarios Arcillas Arenas Subgrupo
6,0 0,3 27,0 9,1 9,5 20,0 50,0 107,0 228,9
150 63 107 50 117 150 65 20
6.000 millones
30.776 5,13
53
10,46
13,72
992.668
60,49
21,92
792
0,05
0,70
11.990
0,73
0,80
15.533
0,95
0,88
13.765
0,84
0,74
1.641.088 273,5
100
100
720.168 262.500 10.000
22.000
40 155 20 32 27
171.725
5.600 4.108 446 1.837
8.400 468 133 180 4.030 137 625 1.000 560
900 19 2.889 455 1.112 3.000 3.250 2.140
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Que representada gráficamente nos muestra la diferencia tan grande que existe entre valor y cantidad, ya que en la primera destacan fuertemente el valor económico de los minerales energéticos, mientras que en la segunda se muestra la importancia numérica de las piedras o rocas de la construcción.
En valor 3%
18%
8%
ROCAS METALES ENERGÉTICOS INDUSTRIALES
71%
2%
En peso
36% 59%
ROCAS METALES ENERGÉTICOS INDUSTRIALES
3%
2º.- Por su valor añadido En los Estados Unidos de América, por ejemplo, una producción minera con un valor de 50.000 millones de $/año soporta unos 300.000 millones de producción industrial, según el Mining Engineering Handbook de 1992, lo que representa un 8% del GNP de USA., y demuestra el verdadero sentido de creación de nueva y verdadera riqueza que tiene la minería tan sólo comparable a otros sectores como la Agricultura, la Ganadería y la Pesca, pero no comparable al Comercio, la Banca o las finanzas. Por ejemplo: 1 Kg. de Fe valdrá unas 2 Ptas. en valor de bocamina, pero ese kilo transformado en acero en forma de un automóvil, se venderá a unas 1.750 Ptas. / Kg. Luego la relación entre el Valor minero y el Valor industrial vendrá a ser, en la mayoría de los casos, menor de un 10%.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Esta riqueza procedente de la minería suele estar mal repartida. Existen países Ricos y Pobres en la minería, pero en su conjunto, esta industria, sin la posterior transformación, viene a representar un 2% del PIB de un país medio. Variará desde algunos casos con más del 5% del PIB como en Bolivia, Venezuela, Arabia Saudita, Australia, Chile y Canadá, a representar menos del 1%, como ocurrirá en Francia, Italia, Suiza, Japón y en la mayor parte de los países menos desarrollados. 3º. - Por su valor comercial El 30% del comercio mundial corresponde a las materias primas minerales, siendo, junto al porcentaje de las materias primas de origen agrario, el más importante de los conceptos de mercadeo, desde los tiempos inmemoriales de Tiro, Roma y Cartago. En pura realidad y actualidad no se precisa verdaderamente la propiedad del yacimiento o del mineral sino su más seguro y garantizado abastecimiento, en tiempo y en calidad, para las posteriores industrias transformadoras. Son los casos de la Política minera de la CEE (Convención de Lômé), de Suiza y del Japón, en que la garantía de los suministros procedentes de países terceros, no les ha obligado a invertir en una minería propia, sino invertir en empresas ultramarinas. 4º.- Por su valor Industrial El 60% de la actividad industrial (Energía, Transporte y Comunicaciones, Maquinaria, Construcción, Química) utilizará, básicamente, materias primas minerales, que han sido, son y serán la base del desarrollo de las sociedades avanzadas. Desde el caso de Alemania, que para producir su acero inoxidable, además del hierro y el carbón, necesitará Cr, Mo, Va, y otros metales menores procedentes de África y de otros países para su potente Industria química, producirá e importará, todo tipo de minerales industriales, por ello llamados también, minerales químicos. Es el caso del Japón, que para su desarrollo consume hoy 6 veces más que hace 50 años, siendo el mayor importador de minerales del mundo, junto a USA., en general procedentes de las minas del área circunpacífica y que en su mayor parte han sido financiadas por el mítico MITI. Los países más mineros del mundo, de acuerdo con los cuadros siguientes son: USA, Rusia, Canadá, Australia, África del Sur, China, Brasil, Chile, Perú e India, en contra de la idea de que es una industria de países de poco desarrollo, cuando estos lo que hacen es exportar una importante cantidad. España está muy modestamente situada en un lugar que no corresponde ni a su historia, ni a su fama ni a su potencial.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Y las mayores compañías no energéticas, aunque incluyen algunos carbones y uranio son: Compañía
País
Ventas 2000
1
Anglo - American
Reino Unido y África del Sur
2
Broken Hill Property BHP
Australia
Billiton
Holanda y Reino Unido
18.402
3
Riotinto
Reino Unido y Australia
10.000
4
Alcan
Estados Unidos
9.148
5
Noranda
Canadá
6.957
6
De Beers
África del Sur
6.771
7
Phelps Dodge
Estados Unidos
4.525
8
Grupo México
Méjico
9
Codelco + Enami
Chile
4.042
10 CVRD
Brasil
3.967
11 Mount Isa Minerals MIM
Australia
3.513
12 Western Mining
Australia
3.403
13 Outokumpu
Finlandia
3.323
14 International Nickel
Canadá
2.900
15 Freeport McMoran
Estados Unidos
1.868
20.570
4.445
Y las mayores compañías energéticas del mundo son: Compañía
País
Ventas 2000
1
Exxon Mobil
Estados Unidos
210.392
2
Royal Dutch Shell
Holanda y Reino Unido
149.146
3
British Petroleum
Reino Unido
148.062
4
Total Fina Elf
Francia y Bélgica
105.870
5
Chevron + Texaco
Estados Unidos
99.199
6
PDVSA
Venezuela
53.680
7
Sinopec
China
45.346
8
ENI
Italia
45.139
9
REPSOL +YPF
España y Argentina
42.273
10
USX
Estados Unidos
35.570
Y la lista de los principales paises mineros del mundo con un porcentaje aproximado de su participación en el valor de la producción minera mundial es la siguiente:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS PAÍS
% DEL MUNDO
% ACUMULADO
RUSIA
15
USA
15
ÁFRICA DEL SUR
7
CANADÁ
7
AUSTRALIA
6
CHINA
19
CHILE
3
BRASIL
4
PERÚ
2
INDIA
2
70
RESTO DEL MUNDO
30
100
30
50
FUENTE: ANNALES DE MINES. Geopolitique des resources minieres corregido en el año 2000
Ha existido y existe, claramente hasta hoy, una relación entre el Poder y la Minería: " Una
idea, un acero, y una energía" , reclamaban los estrategas alemanes y japoneses para poder dominar sus áreas de influencia, y por ello planificaron, sus primeros ataques bélicos, hacia ciertas áreas de conocida importancia de recursos minerales como eran Manchuria, Indonesia o Ucrania y Azerbaiyán. 5º. - Por su valor estratégico o grado de seguridad nacional. La minería es o será una locomotora o un vagón de cola de la economía de los países. Todo dependerá de la necesidad social o industrial del momento; en la paz o en la guerra existirán muy diferentes políticas de abastecimiento. La guerra reciente del golfo Pérsico ha sido una más de las muchas generadas o creadas por causa del abastecimiento de un producto mineral a un mercado tan dependiente y vulnerable como es el occidental. El caso extremo vendrá dado por la aparición de las situaciones bélicas, en que aparece la escasez, por producirse una demanda mucho mayor que la oferta, generalmente disminuida en dichas circunstancias, lo que provocará, inevitablemente unos precios elevados, junto a una natural dificultad de lograr un abastecimiento garantizado. Otra situación o caso límite ha sido el de los pasados años 80, en los que tan solo han tenido un aceptable valor aquellos minerales preciosos como el oro, la plata, piedras preciosas y las rocas ornamentales. La oferta, en un exceso de un 25% sobre la demanda, en la mayoría de los productos, en contra de las falsas y fallidas previsiones del Club de Roma sobre el posible agotamiento de los minerales básicos, ha llegado a producir un notable descenso, a precios constantes, de las cotizaciones de la mayoría de las sustancias mineras. La falta de consumo de los países en vías de desarrollo, que suponen unas 3/4
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS partes de la población mundial, no permitió el esperado tirón de la demanda, justamente en el momento mismo, en que esos países ofertaban nuevas y mayores cantidades de productos minerales al mercado mundial. La esperanza, en los años 90, deberá estar en la entrada en el mercado del consumo de materias primas minerales de países como India, China y Brasil, que suponen prácticamente el doble de la población del mundo Occidental que, hasta el momento, ha sido el consumidor de más del 60% de la producción minera mundial. Una gran incógnita actual suponen los países del Este, grandes productores de minerales básicos, que para sobrevivir, se verán obligados a exportar sus stocks y sus materias primas, hasta que sobrepasen la actual crisis. Surge la gran duda de que si los países más avanzados lo han sido por ser los más mineros o son los más mineros porque han sido los más avanzados. Es el caso paradigmático de África del Sur, en donde, es difícil saber si tienen más reservas y recursos de minerales que el resto de África por sus especiales condiciones geológicas o porque ha existido un acendrado espíritu minero, que se nota muy especialmente en las fuertes inversiones anuales en nuevos proyectos e investigaciones de nuevos productos, que la sitúan a la cabeza de la producción minera mundial por cada Km. 2 de superficie. 6º.- Por el valor español En España la minería ha sido el origen de muchas industrias, bancos, empresas y de las áreas industriales del país, a lo largo del siglo XIX, y muy especialmente en su segunda mitad a raíz de la promulgación de la Ley de Minas de 1868, que las liberalizó y permitió la entrada y europeización de capitales en la muy incipiente minería local. Hasta la guerra Civil la balanza de pagos minera era positiva. Actualmente, tan solo alcanzamos un 50% de autosuministro, y tal porcentaje ha continuado bajando a un ritmo de un 1% anual desde hace 10 años. Actualmente, vendrá a representar un valor del 1,00% PNB, mal y tendenciosamente valorado por las estadísticas oficiales en contra de la minería. La Industria minera española suponía, en 2000, unos 50.000 puestos de trabajo directos, sin contar los trabajadores contratados eventualmente o en industrias transformadoras de la bocamina, que vienen a producir unos 350 millones de toneladas al año con un valor de unos 650.000 Mptas./ año, incluidos todos los minerales, incluso el Uranio y los hidrocarburos,
pero no el agua. Genera unos 100.000 Mptas. / año en Exportaciones y unas 250.000 Mptas./ año de Importaciones, sin contar con la factura de los hidrocarburos, que puede suponer un billón y medio de pesetas anuales. Realmente el déficit de la balanza de pagos
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS española es equivalente al monto de las importaciones de los productos minerales como el petróleo, el carbón, el hierro, la bauxita, el cobre, el plomo, etc. En la década 1980-90 España venia a ser el 18º país del mundo en la producción de materias primas y le correspondían unos índices mineros del siguiente orden: 2 10 país del mundo en Producción minera por Km 2 = 6.400 $ / Km -
60 país como valor de Producción minera por habitante
= 80 $/persona/año
-
20.000 Mptas / año de inversiones anuales en los nuevos proyectos mineros y 100.000 Mptas / año en subvenciones directas al carbón.
Algunos comentarios sobre la situación de la minería española al principio de los años 90 son: -
Existe, clara y decididamente, una falta de política minera tanto europea, como nacional o autonómica.
-
Ha existido y existe todavía una clara escasez de voluntad minera nacional y de unos buenos empresarios adecuadamente tecnificados y una falta de financiación privada y pública para los grandes temas mineros pendientes.
-
Como media en España se viene a desarrollar un gran proyecto minero cada año, 2 medianos y unos 10 pequeños, mientras que se cierran o desaparecen un mayor número y deberían de cerrarse más, lográndose algún día el sueño de que las subvenciones se transformen en inversiones, de tal modo que se llegaran a abrir el doble de nuevas, grandes y buenas minas, que las que actualmente se ponen en marcha. -
En función de las actuales estadísticas que se acompañan y comparándolas con las de otros países de Europa :
El mayor valor de la Minería española es la VARIEDAD -
España es el 9º país del mundo en variedad de sustancias (más de 60) a pesar de su relativamente pequeña superficie. Es un pequeño continente geológico, en su enorme variedad de terrenos y de circunstancias, lo que ha permitido y permitirá encontrar cualquier nuevo producto minero que necesite la humanidad, pero por eso mismo no será nada fácil encontrar grandes yacimientos del tipo de otros países más grandes y más nuevos, menos explorados y explotados.
-
Históricamente, ha sido un país de una minería más metálica que energética (19º país en producción de metales y 43º en los energéticos). Sin contar con el Uranio, que podría ser una sorpresa.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
Es una tierra más rica en rocas que en minerales, por ejemplo, en rocas ornamentales, áridos, yesos y calizas para la fabricación de los cementos y cualquier material de construcción.
-
Es pequeño el valor de la producción de minerales por habitante, aunque 2
relativamente buena la densidad de extracción por Km. . -
Son muy bajas las inversiones y altas las subvenciones, que es el mayor defecto de la minería española.
-
Se está produciendo un agotamiento psicológico progresivo de las reservas, sin suficiente investigación complementaria. Aparece la necesidad de crear el concepto de sondeos negativos para combatir el histórico pesimismo, fácil e injustificado, para abandonar las explotaciones.
-
Existe un exceso de mitos y leyendas y una falta del rigor técnico que debe caracterizar a una industria moderna.
-
Poca amplitud del horizonte de miras, cuando la minería o es a largo plazo e internacional o no es más que una gran chapuza sobre el terreno.
-
Poca internacionalización. Existe un espíritu demasiado parroquial, se viaja muy poco por los nuevos proyectos del mundo y en consecuencia no se está al día en las continuas innovaciones de métodos, procesos, sistemas y maquinaria.
-
Pocos empresarios privados y de poca calidad. El capital extranjero y el público han tenido y tienen que suplir el bajo nivel de las inversiones privadas nacionales.
Muy pequeñas inversiones en investigación e innovación tecnológica. Existe un exceso de subvenciones, deducciones y privilegios que no terminan casi nunca en sondeos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES ESPAÑOLES EN EL AÑO 2000. PROFESOR ESPI GRUPO ROCAS
SUSTANCIA Unidad
Gravas y Arenas Margas Calizas, dolomías MATERIALES Yesos DE LA Cales CONSTRUCCIÓN Arcillas Cementos Arenas silíceas Subgrupo
ROCAS ORNAMENTALES
Pizarras Mármoles Granitos Otras ornamentales Subgrupo
METALES
BÁSICOS
MENORES
PRECIOSOS
Hierro (mineral) Cobre (metal) Plomo (metal) Zinc (metal) Aluminio (metal Subgrupo Estaño Wolframio Mercurio Otros Subgrupo Oro Plata Subgrupo
TONELAJE Millón. t 104 12 222 11 16 50 30 8 452,6 0,78 4,71 2,05 1,00 8,54
Valor medio $/t 6 5 15 7 45 25 77,5 100
400 350 400 250
en Kt de metal 1.000 24 59 200
26 1.760 462 1.122
Valor total Millones de $ 624 60 3.330 74 720 1.250 2.325 800
8.140
2
4.286
3 en t metal 4,31 221 225,31
9.180.328 172.131
9.183
88,91
3.032
1,68
319
0,25
18
0,00
78
0,04
312 1.649 821 250
26 42 27 225 -
1.282 1
Valor Subgrupo % sobre Millones de $ tonelaje
8 10 -
40 38
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
ENERGÉTICOS
Unidad
Millón. t
Lignito COMBUSTIBLES
11,73
20
235
Antracita
5,16
60
310
Hulla
6,17
75
463
Subgrupo
HIDROCARBUROS
NUCLEARES en t
23,07
Petróleo
0,23
162
38
Gas Natural en Mm 3
0,18
125
22
Subgrupo
0,41
Uranio (U 3O8)
401
INDUSTRIALES O QUÍMICOS
19.800
1.007
4,53
60
0,08
8
0,00
226
0,62
1.132
1,83
8
Millón. t Potasas
0,65
155
101
Piritas
1,50
50
75
Azufre
1,00
50
50
Subgrupo
3,15
Sal Común
5,50
40
220
Bromo
0,52
900
468
Magnesita
0,16
43
7
Fluorita
0,14
40
5
Barita
0,02
24
1
Carbonatos
2,00
100
200
Sulfatos
1,00
140
140
Otros
0,65
140
91
Subgrupo
9,34
Estroncio
0,13
63
8
Caolines
0,45
107
48
MINERALES
Feldespatos
0,55
50
28
ESPECIALES
Talcos
0,12
117
14
Arcillas especiales
1,00
65
65
Arenas especiales
8,00
20
160
Subgrupo
10,25
323
2,01
509,05
15.387
99,97
FERTILIZANTES
SALES
TOTAL TOTAL per cápita
40 millones
12,73
30
384,66
100
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La evolución de la minería española a lo largo del siglo viene dada por la siguiente figura, que demuestra como ha ido respondiendo a las diferentes demandas de cada época y de cada circunstancia histórica y por tanto a los precios del mercado.
VALOR DE LOS SECTORES MINEROS ESPAÑOLES A LO LARGO DEL SIGLO XX (ITGE.1990)
PREVISIBLE FUTURO DE LA MINERÍA MUNDIAL Aunque al final del libro se añaden unos capítulos sobre las tendencias tecnológicas y específicas de los procesos mineros una síntesis de las ideas de hacia donde marcha la minería mundial podrían ser las siguientes: -
Un menor número de explotaciones, pero mucho mayores.
-
Se buscará más la calidad que la cantidad del producto mineral vendible.
-
Un mayor reciclado de sustancias minerales metálicas.
-
Un mayor valor añadido en bocamina, aprovechando todo el contenido mineral
-
Una mayor internacionalización y globalización del mercado.
-
Una tecnología más avanzada en exploración, en laboreo y plantas.
-
Mayor competencia entre el producto substituyente y los minerales clásicos.
-
Automatización y robotización de las operaciones. Búsqueda de la continuidad.
-
Una maquinaria más controlada por ordenadores, tanto en la operación como en el mantenimiento.
F UNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
CAPITULO V. INGENIERÍA MINERA 1.
DEFINICIONES
Desde el punto de vista del Laboreo de Minas, la Ingeniería se define como el conjunto de conceptos científicos y técnicos, así como todos los estudios de alternativas y los cálculos y planos para determinar y definir el diseño, seleccionar la maquinaria y el personal necesarios para realizar el proyecto, así como llevar a cabo los estudios económicos correspondientes. Los conceptos de Minería e Ingeniería Minera son similares, pero en ningún caso son términos sinónimos: •
La Minería consiste en la agrupación de los procesos, el trabajo, la ocupación y la industria relacionados e involucrados en la extracción de minerales de la Tierra.
•
La Ingeniería Minera es el arte, la ciencia y la técnica aplicada a los procesos y a la operación de la Mina.
•
El Ingeniero de Minas es el profesional formado y entrenado para relacionar esos dos conceptos. El / ella es responsable de ayudar a la localización (prospección y exploración) y demostración de la existencia de reservas, del diseño y puesta en marcha (desarrollo) de la mina, de la explotación y la gestión de la mina y, finalmente, de su cierre, abandono y reintegración al medio.
Aunque las etapas de la Ingeniería minera general abarcan las técnicas de prospección y exploración y se continua posteriormente con las técnicas del proceso mineralúrgico, nos referimos en este capítulo a aquellas etapas de la Ingeniería Minera que corresponden a la propia explotación de la mina y que incluye las fases de evaluación y análisis minero de las reservas, el desarrollo de la apertura de la mina y las operaciones de producción.
2.
IMPORTANCIA DE LA INGENIERÍA
La decisión de abordar un proyecto minero no puede tomarse sin un profundo estudio ya que requiere la dedicación de unos bienes económicos y unos recursos que podrían usarse para un uso alternativo y que responden, fundamentalmente, a dos conceptos: •
La Inversión, por las actividades que se han de realizar previamente a la entrada en un régimen normal de explotación, o cuando se modifiquen sustancialmente las condiciones de una instalación ya existente para dedicarla a otras actividades, mejorar el rendimiento, prolongar su vida útil, etc.
F UNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS •
Los costes de operación y mantenimiento durante la vida útil de la instalación y motivados por la propia actividad para la que han sido diseñados o para conservar su capacidad productiva.
La medida del esfuerzo y sacrificio para llevar a cabo un proyecto permite determinar el coste en unidades monetarias de los recursos que deben dedicarse y es esta íntima unión entre factores económicos y técnicos la que debe abordar la Ingeniería. La gran mayoría de las inversiones que se realicen producirán unos rendimientos aceptables e incluso excelentes, pero otras muchas significarán un fracaso, que incluso podría arrastrar a la empresa que en su momento las acometió a la desaparición. Resulta obvio que, por su cuantía y trascendencia, el proceso inversor debe ser tratado por los responsables de las decisiones empresariales con el mayor rigor y seriedad y el pleno apoyo de la Ingeniería, huyendo de aquellas que responda n a meras intuiciones sin la menor contrastación, en otras simples extrapolaciones de pasadas experiencia o de aquellas que aparen ten estar avaladas por “estudios de factibilidad”, pero que, en realidad responden a planteamientos voluntaristas que buscan su justificación por medio de unos cálculos económicos adaptados al caso. La Ingeniería debe aportar toda la información posible para que la posterior decisión de inversión sea realizada con la imparcialidad, frialdad y el rigor científico que en cada caso se deba exigir.
3.
FACTORES QUE ABARCA LA INGENIERÍA MINERA
Los estudios de viabilidad, diseño y planificación de las explotaciones mineras tienen, necesariamente, un carácter interactivo debido a las relaciones que existen entre los distintos parámetros: geológicos, técnicos y económicos. Existe un notable orden jerárquico en los problemas, de acuerdo con el estado o nivel de desarrollo, así como las relaciones estrechas entre los mismos. Los factores que diferencian básicamente un negocio minero de cualquier otra actividad industrial son: la no renovabilidad de los recursos que albergan los yacimientos, la heterogeneidad de las leyes en su distribución espacial dentro de estos, las fuertes inversiones de capital inicial que se requieren y los largos periodos de retorno. A estos hay que añadir otros factores externos como son la incertidumbre de algunos parámetros geológicos y técnicos y las fluctuaciones de los precios a lo largo del periodo operativo de las minas. Dos son los parámetros que tienen una gran influencia sobre la rentabilidad económica de un proyecto minero, el ritmo de producción y la ley de corte, cuyos valores teóricos pueden ser
F UNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
calculados en la etapa de viabilidad con diversos modelos de optimización a partir de datos como son la inversión total de capital, los costes de explotación, los beneficios unitarios, etc. En la determinación del tamaño del proyecto juega también un papel muy importante la demanda del producto prevista en el Estudio de Mercado. Esta demanda puede tener su origen en una demanda insatisfecha (precios altos o intervenidos) o en una demanda por sustitución (innovación técnica o sustitución de importaciones). Otro condicionante del tamaño del proyecto, es lo que se conoce como unidad mínima de producción rentable, a su vez íntimamente ligada a la tecnología minera utilizada. Esta interpretación debe ser moderada por las limitaciones geológicas del depósito. Unas reservas explotables limitadas restringirán la cantidad de capital a invertir y, por lo tanto, el tamaño de la operación. Otros factores como son los de tipo financiero, político o fiscal, son también importantes. La respuesta a todos los interrogantes que se plantean a la hora de abordar un proyecto minero solo puede obtenerse desde el campo de la Ingeniería. Una clasificación de las actividades científicas y de cálculo técnico a determinar y definir a través de los correspondientes estudios y determinaciones para la realización de un proyecto de mina, grande o pequeña, con mayor o menor precisión, intensidad o rigor en la INGENIERÍA DE LABOREO MINERO son:
F UNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
HUECO
Preparación Apertura Bancos o niveles Accesos Rampas o pozos
MECÁNICA DE ROCAS
Muro Techo Laterales
DISEÑO GEOMÉTRICO VERTEDEROS
Interior Exterior
DESAGÜE Y DRENAJE RESTAURACIÓN ENERGÍA - TIPO Y CANTIDAD ESPECIFICACIONES Y CONJUNTOS CANTIDAD Y CAPACIDAD RENDIMIENTOS Y UTILIZACIÓN FABRICACIÓN Y MARCA
MAQUINARIA
OPERADORES PERSONAL
3.1.
MANTENIMIENTO
Mecánico Eléctrico
SUPERVISIÓN
Técnica Superior
CONSIDERACIONES AL DISEÑO GEOMÉTRICO
Para el diseño del hueco, la forma de proceder es: a. Simular el hueco o huecos finales mediante unos modelos troncocónicos invertidos que permiten comparar las alternativas, eligiendo aquella que mejor cumple los objetivos perseguidos (cono flotante o Algoritmos de Lochman). b. Elegida la mejor alternativa, proceder a incorporarle las rampas y los bancos, accesos e infraestructura para hacerla operativa. c. Optimizar la solución elegida para mejorarla y obtener alguno de los objetivos siguientes: •
Máximo beneficio actualizado
•
Máximo tonelaje con menor ratio
•
Máxima vida de explotación
•
Mínima inversión y muy rápida recuperación de la inversión
F UNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
La manera habitual de llevarlo a cabo es a través de los siguientes índices: obtener el mejor TIR, PVR o PAY BACK de la alternativa o solución final jugando con algunos de los siguientes parámetros:
Parámetros no discrecionales •
Ley del mineral o producto.
•
Precio y mercado.
•
Costes del personal, de la maquinaria y el dinero.
•
Rentabilidad mínima exigida por los inversores.
Parámetros discrecionales
3.2.
•
Método y Sistema.
•
Tamaño y Ritmo
•
Secuencia de la explotación
•
Periodo de construcción
•
Propiedad y financiación
CONSIDERACIONES A LA MECÁNICA DE ROCAS
Además de mejorar el conocimiento de los materiales a minar, su principal objetivo minero es conseguir la mejor estabilidad dinámi ca de las estructuras de Muro, Techo, Laterales y Vertederos, mediante los estudios y cálculos aplicados y el posterior control y seguimiento “in situ” para introducir las oportunas correcciones. Asimismo, la Mecánica de Rocas debe ayudar en el conocimiento de las características de las rocas para seleccionar adecuadamente la maquinaria y los principales útiles de desgaste y de consumo.
3.3.
CONSIDERACIONES RESPECTO A LOS VERTEDEROS
El criterio principal para diseñar los vertederos es que “el mejor vertedero es el que no existe y, después, el propio hueco de la explotación, que debe ser aprovechado para tal fin” . Además, la
moderna ingeniería debe tender, en cualquier caso, a reducir los residuos. Los tipos de vertederos considerados usualmente son: •
Interior
•
Mixto (el más frecuente)
•
Exterior
•
Presas de residuos
Los criterios para elegir el emplazamiento del vertedero son: Geotécnicos
Estabilidad y Seguridad
Económicos
Distancia y precio de los terrenos
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
3.4.
Ecológicos
Integración en el medio ambiente
Topográficos
Volumen y vida
Mineros
Sin mineralizaciones en el subsuelo
CONSIDERACIONES RESPECTO AL DRENAJE Y DESAGÜE
Los objetivos principales de la infraestructura de dr enaje y desagüe son: •
Tener el agua por debajo de la cota de explotación.
•
Desviar los caudales públicos, sin contaminarlos.
•
Utilizar el agua de la mina.
Para los grandes proyectos mineros a cielo abierto, el proceso o política lógica que debe seguirse es la siguiente: 1. Estudio hidrológico , para determinar la cantidad, calidad y situación del agua, a sí como la realización de perfiles piezométricos. 2. Estudio geomecánico , de los efectos del agua sobre la altura y taludes críticos, midiendo la influencia del agua en la estabilidad del hueco a crear. 3. Aprovechamiento del agua , mediante el diseño y cálculo de represas, espesadores, canales, tratamiento de las aguas residuales, etc. 4. Recuperación y uso del agua en la mina y las plantas de tratamiento, explotando la posibilidad del reciclaje y de la recuperación de los subproductos que pueda llevar el agua. 5. Desagüe exterior , a partir del diseño del canal de guarda perimetral y del control de los vertidos inevitables. 6. Drenaje subálveo, mediante la programación de los sondeos, pozos y galerías para drenar el hueco programado 7. Desagüe interior , estableciendo las conducciones, regatas y decantadores para, desde ellos, bombear al exterior. Determinación de las bombas y tuberías, establecimiento de su número y de la calidad de los materiales a emplear en el desagüe.
3.5.
CONSIDERACIONES RESPECTO A LA RESTAURACIÓN AMBIENTAL
El criterio principal a considerar cuando se afronta la restauración medioambiental es el de “dejar el espacio afectado mejor que estaba, dado que nunca será posible dejarlo igual que estaba pues falta el mineral”
Existe un segundo criterio en virtud del cual la restauración medioambiental “puede ser un negocio más que un reto tecnológico”.
Los objetivos básicos de la restauración son:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 1. Crear una geometría de huecos y escombreras que sean estables estructuralmente, para lo cual se prestará especial atención a: •
Diseños geotécnicos
•
Formas de vertido y construcción (arriba – abajo o bien abajo – arr iba)
2. Integración en el paisaje del entorno mediante el correcto diseño de formas geométricas adaptadas al terreno: •
Relleno de huecos total o parcialmente.
•
Descabezamiento o suavizado de taludes.
•
Implantación de la vegetación.
3. Uso y aprovechamiento de los terrenos recuperados: •
Usos agrícolas y forestales
•
Usos recreativos y educativos
•
Usos industriales y urbanísticos
•
Reconstrucción de medios naturales
•
Vertederos controlados de estériles y residuos urbanos
•
Depósitos de agua
4. Viabilidad económica de la recuperación de los terrenos afectados. Estudio de la rentabilidad de la solución.
3.6.
CONSIDERACIONES RESPECTO A LA SELECCIÓN DE LA MAQUINARIA
La principal regla para el diseño en la moderna ingeniería minera es; La maquinaria define el sistema y la geometría del diseño de la explotación.
Todo proceso de selección de maquinaria analiza un conjunto de criterios denominados básicos o generales, así como otro grupo definido como criterios específicos. 1. CRITERIOS BÁSICOS •
Condiciones del entorno en las que se van a desarrollar las operaciones, como son altitud, temperatura, precipitaciones, vientos, tipo de terreno, accesibilidad, infraestructura eléctrica, disponibilidad de mano de obra, talleres o bases de los distribuidores de la maquinaria, proximidad a áreas habitadas, limitaciones ambientales,
•
Características del depósito mineral:
•
Estériles interiores a la mineralización y de recubrimiento (potencias, naturaleza y grado de consolidación, propiedades geomecánicas, estabilidad de los taludes, angulo de reposo de los estériles sueltos, etc.).
•
Mineralización (tipo y forma, espesores, inclinación, propiedades geomecánicas, alterabilidad).
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS •
Hidrología e hidrogeología
•
Otras propiedades de los materiales (densidades, factores de esponjamiento, abrasividad, pegajosidad).
•
Parámetros de la explotación que definen la geometría de las misma y la organiza ción que se aplicará para llevar a cabo los trabajos (límites de propiedad, dimensiones dela excavación, alturas de banco, anchuras de pista, bermas, organización del trabajo, ritmos de producción, selectividad minera, vida del proyecto, disponibilidad de capital,
2. CRITERIOS ESPECÍFICOS •
Criterios de rendimiento (capacidad de producción, fuerzas de excavación o arranque, tiempos de ciclo, alturas, velocidades)
•
Criterios de diseño (potencia total, vida en servicio, robustez, configuración, facilidad de mantenimiento y reparaciones, niveles de ruido, fuentes de energía,).
•
Criterios de servicio (maquinaria auxiliar requerida, frecuencia de servicio, repuestos necesitados, herramientas requeridas, adiestramiento del personal,.).
•
3.7.
Criterios económicos (costes de propiedad, operación, amortizaciones).
CONSIDERACIONES RESPECTO A LA SELECCIÓN DEL PERSONAL
La importancia de la correcta selección del personal radica en que toda actividad humana organizada plantea dos requisitos que son, a la vez, fundamentales y opuestos: la división del trabajo en las distintas tareas que deben desempeñarse y la coordinación de las mismas. La estructura de la organización es, consecuentem ente, el conjunto de todas las formas en que se divide el trabajo en tareas distintas, consiguiendo luego la efectiva coordinación de las mismas. En una explotación minera, esta estructura debe ser aquella que permita alcanza r los objetivos de producción con un coste aceptable y manteniendo siempre un alto grado de profesionalidad y seguridad, asegurando siempre el correcto funcionamiento de todos los departamentos. No se trata, por tanto, de definir estructuras copiadas de otras, sino de conseguir que la estructura funcione de forma armónica y al ritmo que se ha fijado, donde cada miembro conoce perfectamente su papel y lo desempeña en el momento en que debe hacerlo, evitándose así distorsiones que se reflejen en el normal funcionamiento diario.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
4.
DEFINICIÓN DE LAS FASES DEL PROYECTO MINERO
Admitida la posibilidad de que un indicio minero pudiera llegar a ser explotable, deberán ser aplicadas las siguientes secuencias o fases de trabajo y en el orden señalado para lograr una correcta puesta en explotación del criadero, transformando, paso a paso, el yacimiento en mina, pues tan sólo merecerá este nombre aquella operación, que estando proyectada, produzca el objetivo de explotar el máximo de las reservas con el mejor beneficio en cada momento. Las fases de ejecución del proyecto minero deben ser: I.- Planificación 1.2.-
Exploración y geología del deposito. Establecer el Modelo geológico del yacimiento
1.3.-
Evaluación de las reservas. Definición de mineral y de los tipos de rocas.
1.3.-
Estudio geomecánico de rocas, estabilidad de los taludes y de los pilares.
1.4.-
Relaciones de escombro a mineral. Preparaciones
1.5.-
Vida y ritmo de la explotación. Etapas
1.6.-
Camino o secuencias de la explotación
1.7.-
Medida del impacto ambiental
1.8.-
Infraestructura general. Energía, agua, comunicaciones e implantación
II.- Diseño del método de explotación 2.1.-
Definición de los métodos posibles. Selección previa.
2.2.-
Ingeniería de sistemas. Infraestructura minera.
2.3.-
Diseño previo de la geometría de bancos, niveles, cámaras, accesos, pozos, rampas, caminos y vertederos.
2.4.-
Optimización de la explotación
2.5.-
Plan de restauración ambiental. Limitaciones
III.- Operación minera 3.1.-
Preparaciones, desmonte previo o infraestructura.
3.2.-
Arranque.
Mecánico o directo. Perforación, voladura y explosivos.
3.3.-
Carga y transporte: Maquinaria de carga Sistemas de transporte, interior y exterior
3.4.-
Servicios para la mina. Desagüe, ventilación, mantenimiento de la mina y maquinaria, entibación, iluminación, etc.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS IV.- Servicios generales 4.1.-
Plantas y talleres auxiliares
4.2.-
Mantenimiento de la maquinaria
4.3.-
Control del proceso. Topografía e Informática.
V.- Estudio económico 5.1.-
Estudio de mercado y precios de venta del mineral en bocamina
5.2.-
Inversiones de capital Conceptos de capital: terrenos, proyecto, maquinaria, instalaciones, plantas, infraestructura, preparaciones e investigación complementaria.
5.3.-
Costes de la operación Costes de procesos: preparaciones, arranque, carga y transporte, servicios mina y generales. Costes de conceptos: personal obrero y técnico, energía, consumos y repuestos de mantenimiento Costes de capital: amortizaciones, financieros y seguros
5.4.-
Estudios de viabilidad, de rentabilidad y sensibilidad del proyecto con determinación de los índices de rentabilidad, recuperación del capital y competitividad de los costos con los precios de venta.
VI.- Planos 6.1.-
Planos geológicos
6.2.-
Planos mineros de implantación y labores
6.3.-
- a corto plazo y pequeña escala - a medio plazo y escala normal - a largo plazo y escala normal Planos de instalaciones, plantas y preparaciones
6.4.-
Planos de talleres y almacenes
6.5.-
Planos de vestuarios y oficinas
6.6.-
Planos de vertederos y restauración de terrenos
VII.- Anexos 7.1.-
Documentación y cálculo de las fases del proyecto
7.2.-
Características de la maquinaria
7.3.-
Formación de personal y selección de técnicos
7.4.-
Manuales de operación de máquinas y plantas
7.5.-
Planes de seguridad e higiene
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS VIII.- Pliego de condiciones 8.1.-
Condiciones de contratación y de compra de las máquinas y de las plantas.
8.2.-
Reglamentación y policía minera
8.3.-
Responsabilidades. Contratistas
8.4.-
Otras condiciones técnicas y administrativas.
Evidentemente el grado de desarrollo y tecnificación de cada una de las fases operativas del proyecto depende del tamaño de la explotación, ya que en algunas p equeñas operaciones podría no ser tan necesaria la realización de algunos aspectos, aunque no sería siempre conveniente despreciarla.
5. EL TAMAÑO DE LAS OPERACIONES MINERAS Una clasificación del tamaño de las operaciones mineras, que en la minería a cielo abierto deberán ser medidas en toneladas de estéril más mineral movidas por año, y en las explotaciones subterráneas tan sólo medidas en las toneladas de mineral extraído anualmente podría ser, de acuerdo con la establecida por el Mining Magazine, puede ser la siguiente:
TAMAÑO DE EXPLOTACIÓN
MINERÍA A CIELO ABIERTO
MINERÍA SUBTERRÁNEA
NIVEL
T/año (estéril + mineral)
T/año (mineral)
PEQUEÑO
<1.000.00 0
<100.00 0
MEDIANO
<5.000.000 >1.000.000
<500.000 >100.000
NORMAL
<25.000.000 >5.000.000
<2.500.000 >500.000
GRANDE
<100.000.000 >25.000.000
<10.000.000 >2.500.000
>100.000.000
>10.000.000
GIGANTE
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
CAPITULO VI. EXPLORACIÓN Y EVALUACIÓN 1.
CONCEPCIÓN ACTUAL
La definición, planificación y gestión de un programa de exploración con una aceptable garantía de éxito es una compleja labor que requiere una clara definición de los objetivos empresariales y de un intenso trabajo de perfilado de las estrategias y de las tácticas más adecuadas en cada caso, así como de la selección de los equipos de trabajo idóneos, de la planificación y de la provisión de los presupuestos necesarios. Es, además, una labor que exige su propio ritmo de trabajo, que será totalmente distinto del de las restantes actividades relacionadas con la industria minera y que es la clave para garantizar la continuidad de la actividad extractiva. A pesar de los enormes adelantos técnicos, el secreto de una correcta implementación, manteniendo un coste económico moderado, radica en la adecuada combinación de las técnicas más modernas con los métodos y hábitos tradicionales. Pero más importante, si cabe, que esa evolución tecnológica que han experimentado las actividades de exploración, es la evolución que la propia sociedad ha impuesto, convirtiéndola en la actividad clave para ordenar y favorecer el aprovechamiento racional de los recursos no renovables, respetando el medio ambiente y los demás recursos naturales del entorno. La exploración minera es, al mismo tiempo, una actividad económica en si misma y una forma de inversión, de tal manera que se lleva a cabo con el objetivo de encontrar un yacimiento que compense las fuertes cantidades invertidas y el alto riesgo que es necesario asumir y que es inherente a las propias actividades de búsqueda.
2.
OBJETIVOS DE LA EXPLORACIÓN Y DE LA INVESTIGACIÓN
El principal objetivo de la exploración minera es, en primer lugar, la localización de nuevos recursos minerales y reservas que permitan mantener la actividad minera mediante la reposición de las reservas extraídas o, en su caso, incrementar el beneficio económico generado por la mayor rentabilidad de los activos mineros. Por su parte, el objetivo de la investigación y de la evaluación posterior de un yacimiento localizado y dimensionado en la etapa de exploración es suministrar los datos objetivos y las informaciones necesarias para obtener un modelo completo y coherente de la realidad geológica
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS que se está estudiando para definir con precisión: •
la cantidad
•
la calidad
•
y la distribución espacial
El concepto dinámico de la minería moderna obliga, necesariamente, necesariamente, a llevar una investigación investigación operativa adelantada, continuada y permanente de todas las áreas que v an a ser, posiblemente, objeto de la futura explotación. En un puro sentido económico entre un 3 y 5% del valor anual de las ventas debería destinarse a la recuperación de las reservas extraídas en el año en la explotación, de tal ta l modo que se sustituyan las agotadas agotad as por otras nuevas, bien en el mismo área o cuenca minera, bien en otras zonas o en otras substancias minerales. minerales. La evaluación de las reservas se lleva a cabo mediante la cubicación de todos los datos de calidades, cantidades c antidades y de su situación sit uación espacial, que serán procesadas en una forma mecanizada y con un buen conocimiento del nivel de riesgo, de tal modo que a un mayor conocimiento se obtendrá un menor riesgo. Por ello, se deben diferenciar:
•
Una fase de carácter más geológico y de primera estimación (Appraisal) (Appraisal)
•
Una segunda fase más minera de Estudio de Viabilidad (Feasibility), que
requiere
un
magnifico
conocimiento de los costes y rendimientos.
3.
TÁCTICAS Y ESTRATEGIAS
Las estrategias estrateg ias de prospección y exploración exploració n varían enormemente enormem ente dependiendo dependie ndo de los siguientes siguientes factores:
* • • • • •
La sustancia mineral buscada Las características geológicas. Las características ambientales y climáticas Las restricciones políticas y sociales Los recursos humanos y económicos disponibles disponibles
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS • •
La experiencia del equipo encargado de la investigación Los resultados obtenidos en etapas anteriores de la exploración
De una manera esquemática, los tipos de estrategias habitualmente seguidas para el aseguramiento de nuevas reservas pueden clasificarse, de menor a mayor riesgo, en los siguientes grupos: 1. Adquisición por compra de un productor minero ya establecido. 2. Adquisición de reservas suficientemente investigadas y sobre las que, en su caso, puede existir algún proyecto en desarrollo. 3. Desarrollar, desde el punto de vista minero, un yacimiento suficientemente conocido 4. Explorar yacimientos más o menos conocidos 5. Explorar en busca de nuevos depósitos: a. Próximos a los yacimientos ya conocidos b. En la propia cuenca minera c. En cuencas mineras próximas d. En zonas vírgenes presumiblemente favorables En lo que respecta a las tácticas empleadas, la inmensa mayoría de ellas van focalizando de forma progresiva en zonas de tamaño cada vez menor, usándose técnicas de coste progresivamente mayor por unidad de superficie abarcada, reduciendo poco a poco el riesgo de fracaso. A pesar del importantísimo avance tecnológico que se ha producido en las técnicas empleadas en las distintas etapas y actividades de la exploración e investigación geológico – mineras, el éxito radica en la adecuada y correcta combinación de las más modernas técnicas junto con algunas de las más tradicionales. En este sentido, cualquier táctica necesariamente incluye, al menos, los siguientes elementos: •
La prospección convencional con sus recorridos de campo apoyados en minuciosos estudios bibliográficos y cartográficos o con la inapreciable ayuda de las personas mayores nativas de la zona en estudio.
•
La correcta integración en el contexto del estudio de datos e informaciones obtenidos a partir de la utilización de sensores remotos, imagen satélite y otras técnicas de exploración regional.
•
La utilización de Sistemas de Información Geográfico ( SIG) y otros sistemas de gestión de grandes bases de datos.
•
La utilización de sistemas de modelización geológica, hidrogeológica, geotécnica, minera, etc.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS •
La utilización de técnicas especiales para la exploración e investigación geofísica, geoquímica, etc.
•
El diseño de un programa de perforación de sondeos, adaptado a los objetivos específicos de cada etapa de la investigación y que todavía hoy día son una base fundamental para la captación de datos.
De la correcta interpretación de las informaciones obtenidas depende la planificación y a la toma de decisiones que afectan tanto a la propia actividad de investigación como a la totalidad del proyecto. La prospección y la exploración pueden descubrir la evidencia de la existencia de un yacimiento explotable y económicamente rentable, pero la conversión de este yacimiento en reservas explotables demostradas que soporten la actividad minera requieren del trabajo conjunto de técnicos y especialistas en: • • • • • • • • • • •
4.
Geología Geofísica Geoquímica Mineralurgia Metalurgia Ingeniería Minera Química Derecho Medio Ambiente Política Etc.
OBJETIVOS DE LA GEOLOGÍA MINERA. 1. El primer objetivo de la geología minera o ingeniería geológica es suministrar los datos necesarios para visualizar el yacimiento en un modelo o inventario de: -
la cantidad de mineral
-
la calidad del mismo y
-
la distribución espacial
2. El segundo objetivo es aportar el mejor conocimiento de las diferentes clases de rocas para ayudar a resolver los problemas operativos de: -
Geotecnia
-
Hidrogeología
-
Vertederos
-
Perforación o ripado, sistema de arranque.
-
Sistema de carga
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Sistema de transporte
-
Requisitos para la restauración y “remediación” posterior.
-
3. El tercer objetivo es el conocimiento de las características del marco ambiental y socioeconómico que rodean al emplazamiento del proyecto, con el fin de determinar la forma en que pueden actuar o condicionar su desar rollo. 4. Finalmente, el cuarto objetivo de la exploración, pero que por su importancia debe ser el primero, es la EVALUACIÓN: •
De las leyes en relación con los precios
•
De un inventario codificado de reservas y recursos por niveles o alturas o por la situación de materiales estériles.
•
Establecimiento de un nivel muy claro de medida de la calidad como puede ser la ley o contenido metálico, la termia para los combustibles, la gra nulometría para los áridos granulares o una característica física como la blancura para los caolines.
•
De las implicaciones económicas en cada caso.
Desde el punto de vista de la buena práctica minera, esta labor de evaluación debe llevarse a cabo de una forma permanente de tal manera a establecer los cambios y modificaciones oportunos en cada momento.
5.
MEDIOS DE EXPLORACIÓN
Como se ha indicado anteriormente, los sondeos continúan siendo la herramienta básica a emplear en una investigación geológica – minera. Según el tipo de informaciones a reunir y de las que necesariamente dependen las decisiones posteriores que proceda tomar, puede considerarse la siguiente clasificación de estos sondeos o datos necesarios:
GEOLÓGICOS
Investigación Evaluación Planificación
Descubrimiento Cuantificación Detalle operativo
MINEROS
Geotécnicos Drenaje Muestras
Selección de maquinaria Calidad y cantidad del agua Calidad y precio del mineral
MINERALÚRGICOS
Mineralógicos Tratamiento Económicos
Tamaño de grano Muestras para mercado Dureza y abrasividad
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS No obstante, por ser una de las herramientas a emplear, es frecuente encontrar la afirmación de que es la única, cuando en realidad las formas de obtener los datos necesarios para realizar una minería rigurosa y seria, son muchas y variadas, pudiéndose citar las siguientes de entre otras muchas: •
Imaginación, experiencia y conocimiento, capacidad para incorporar el conocimiento y la tradición local, apertura de miras, etc.
•
Geología general (regional y local), así como geología de campo y de mina.
•
Fotogeología y análisis de fotografía aérea.
•
Imágenes satélite, sensores remotos y teledetección.
•
Geoquímica en sondeo y en campo.
•
Geofísica aérea, de campo o en sondeo.
•
Levantamiento de mapas y cartografías a distintas escalas, gestión de bases de datos
•
Calicatas o trincheras en afloramientos con atención a las posibles desviaciones en calidades y espesores por alteración superficial.
•
Rozas en túneles y pozos
•
Pozos y galerías en zonas experimentales para la confirmación de leyes y las características geomecánicas.
•
Geoestadística para extrapolación zonal según el modelo geológico y siempre que existan un número suficiente de datos
•
Plantas piloto, para confirmación de leyes y calidades, realización de pruebas mineralúrgicas y comerciales del mineral.
•
Minas pilotos para determinación de parámetros operativos, económicos, mineros y mineralúrgicos.
•
Sondeos: •
Con testigo
•
Ciegos
•
Con testificación geofísica
Se comprueba, pues, que los medios para logra r el conocimiento más preciso y también la medida del grado de incertidumbre son los clásicos y tradicionales en la minería de todos los tiempos con el añadido de los progresos de la innovación tecnológica
6.
LOS SONDEOS
El sistema más claro, ordenado y extendido de obtener los datos más fiables continúa siendo la perforación de sondeos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Según el caso, el testimonio físico que se obtiene del sondeo se puede clasificar en: • • •
Testigo continuo Polvo o detritus Digrafías en barreno. Vehículo de toma de diagrafías
ESQUEMA DE SONDEO DE INVESTIGACIÓN CON RAYOS GAMMA La técnica de la exploración por sondeos es más amplia y compleja que la simple obtención de la muestra o testigo ya que se deberán considerar otros importantes aspectos como los que se indican a continuación y de cuya calidad y precisión depende la obtención de unos buenos resultados •
Logística (abastecimiento de energía, agua, emplazamiento, personal, transporte)
•
Máquina de sondeo y técnica de la penetración, la toma y almacenamiento de las muestras
•
Testificación, capacitación técnica del personal encargado de su realización y momento en que se realiza
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS •
Análisis químico, físico y otros. Laboratorio.
•
Comprobación de datos. Chequeo
•
Evaluación de resultados.
Aún cuando existen programas y técnicas de evaluación más o menos standard, la realización del programa de evaluación, que permiten medir los tonelajes, las leyes y el grado de error de la estimación, debe llevarse a cabo en cada yacimiento o cuenca adaptándolo a las especiales características del caso. La base del cálculo esta en la determinación de la malla de sondeo, definida por las dimensiones de longitud y anchura media que separan los sondeos en el campo. La tendencia cada vez más necesaria, por las exigencias de la mecanización, está en la malla cuadrada o rectangular, si bien se puedan usar otras geometrías más idóneas para el caso según la propia estructura geológica del yacimiento, como la triangular, la del cinco de oros, la rómbica, etc. pero siempre tratando de adaptar la malla al modelo geológico previamente establecido. Aun cuando no existe una regla general para establecer una malla puede estimarse que, en general, se establece una clara diferenciación de las mallas según los objetivos ya señalados anteriormente: Exploración, Evaluación y Planificación operativa. Como ejemplos indicativos pueden citarse los siguientes casos de mallas reales medidas en metros x metros: SUBSTANCIA
EXPLORACIÓN
EVALUACIÓN
Pórfido cuprífero
200 * 200
50 * 50
20 * 25
Carbón
500 * 50
100 * 50
50 * 50
Uranio
250 * 250
50 * 50
10 * 10
1.000 * 1.000
100 * 100
5*5
Aluvión de oro
PLANIFICACIÓN
3. CLASIFICACIÓN DE LOS SONDEOS DE EXPLORACIÓN De acuerdo con los distintos criterios los sondeos se clasificarán en:
Por
su
diámetro
AQ = 27 mm BQ = 36,4 mm NQ = 47,6 mm HQ = 73,5 mm PQ = 85 mm Para más de 100 mm se suelen llamar barrenos
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Por
Por
su
su
montaje:
Manual Estático Móvil-sobre tractor o camión
energía:
Eléctrica Diesel-hidráulica Aire comprimido
Por su aplicación:
Interior o subterráneo Exterior Profundo (petróleo o agua)
Por
Discontinuo Testigo continuo Diagrafía Polvo Ciego (Diagrafía)
su
muestra:
Para lograr la visualización o modelización del yacimiento se pueden emplear los sistemas siguientes: -
Geométricos Morfológicos Matemáticos
Como regla aplicada se puede aconsejar el empleo de las siguientes técnicas en los casos supuestos:
Para Yacimientos horizontales:
Creación de los planos de isovalores o Isopacas.
En Yacimientos tridimensionales: Realización de una matriz de bloques codificables con los datos mínimos de: - 3 de coordenadas - 3 de datos petrográficos - 3 o más de leyes o calidades Para Yacimientos verticales o inclinados :
Establecimiento y descomposición en secciones transversales equidistantes para su
valoración
independiente
y
su
integración.
Para yacimiento más erráticos y aleatorios
Se pueden emplear técnicas estadísticas más o menos sofisticadas para la interpolación y determinación del valor o la calidad de un bloque en función de:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
-
Inverso del cuadrado de la distancia Inverso de la distancia Krigeage
La realización del inventario o modelo geológico, que puede denominarse Discretización o modelización, es llevada a cabo hoy en día con medios informáticos y constituye la base de cálculo para: -
La definición de mineral / minerales.
-
La secuencia de explotación o camino
-
El ataque inicial prioritario
-
Una medida de la futura correlación o desviación entre plan y producción real.
Debe establecerse, básicamente, una unidad de medida de la calidad del mineral, como un parámetro único de control, como un patrón unificado artificial, tal como se utilizan el ROLE o el GEAU (gramo equivalente de Oro) o el metal equivalente principal contenido, que no son más que unos instrumentos de medida o comparación en función de la suma polinómica de los productos de la ley por el rendimiento y por la cotización, pasado o no a una unidad económica menos aleatoria, como puede ser el dólar, el Euro o el gramo de oro o bien tan solo por la ley del metal más importante del yacimiento, como ocurre con los minerales complejos de Suroeste y Levante español con contenidos en Cu, Pb, Zn, Au y Ag, recuperables en distinta medida y con distintos valores en la mina y en las plantas. Tal parámetro de medida es realmente una síntesis de las leyes, recuperaciones y cotizaciones de los "n" elementos de la fórmula expresada en el valor de una moneda o de uno de ellos para evaluar el conjunto y poder pasar a unas etapas de optimización económica posterior. Para lograr la visualización o modelización del yacimiento se pueden emplear las técnicas siguientes, casi siempre con aplicaciones estandarizadas de ordenadores, bien personales o de mayor capacidad dado el enorme volumen de informaciones que deben ser tratadas:
Técnicas de cubicación . Por trapecios o zonas para su aplicación en la cubicación de depósitos alargados mediante perfiles o secciones, como ocurre en el caso de los yacimientos carboníferos o sedimentarios. Se determinan una serie de perfiles mediante
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS líneas constituidas por filas de sondeos o datos separados a una distancia fija "d". La superficie del criadero interceptada por cada perfil vale su descomposición en trapecios y en dos triángulos finales en sus extremos según la fórmula siguiente:
S k = d ( ∑ P i +
3 4
∑ P ex )
De esta manera se determinan las superficies del deposito en todas las secciones o perfiles y posteriormente se calcula el volumen del tronco de pirámide entre cada dos secciones por la fórmula siguiente:
V k =
1
( S k + S k +1 + S k * S k +1 )
La suma de todos los volúmenes obtenidos para las secciones determinará el volumen total del criadero que, para una densidad
δm
y una ley media lm, por simples métodos estadísticos
obtendremos un contenido en el metal o producto vendible de:
T m = ∑V k * δ m * l m Por pozos, socavones y galerías: Para la determinación más precisa de los parámetros geomecánicos, físicos, químicos y mineralógicos en los grandes depósitos mineralizados y especialmente para las sustancias metálicas, radioactivas y preciosas de alto valor se recomienda la ejecución de minas piloto por medio de pozos, socavones y galerías para la toma de muestras frescas . Comprobada la presencia y la importancia del volumen de mineral encontrado se lleva a cabo un acceso al mismo para la toma de muestras en volumen y cantidad adecuados y con ello poder alimentar a la planta piloto de proceso o tratamiento para un estudio más directo y real del mi neral y de los parámetros de diseño de mina y planta por medio de:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 1.-
Socavón o acceso horizontal, transversal o en dirección hasta llegar a la mineralización para recorrerla y efectuar una toma de muestras por rozas en las paredes.
2.-
Pozos o pocillos rectangulares o circulares de 1,5 a 3 metros de diámetro y hasta 30 metros de profundidad con una toma de muestras "bulk" cada metro.
3.-
Galerías en dirección y/o transversal al deposito para la determinación de su espesor o dimensiones y la regular toma de muestras "bulk".
Por polígonos de Thyssen o bloques : para la cubicación de aquellos cuerpos mineralizados con una morfología variada y variable y una distribución irregular y/o aleatoria de las calidades de los minerales, se puede utilizar una descomposición del mismo por medio de polígonos determinados por las me diatrices de los sondeos efectuados sobre el deposito. El dominio de influencia de cada sondeo, lo constituye la superficie situada más cerca de ese sondeo que de cualquier otro, lo cual se efectúa trazando las mediatrices en los segmentos que unen cada dos sondeos. En el caso, cada día más habitual, de haber empleado una malla cuadrada o rectangular la descomposición dará lugar a un Modelo de muro, llamado por ello de bloques o ladrillos , de dimensiones similares a la malla de sondeos y de altura igual a la del banco de explotación. Obtenida la superficie de cada polígono, bien por planímetro o por cualquier programa informatizado de integración de datos, se multiplica por la altura del banco proyectado o por la potencia o por la medida de la división de la toma de muestras de los sondeos. Cualquier característica física, química o Geomecánica, interesante para mejorar la cubicación, ( p.e. la densidad, resistencia, porosidad, etc.) se asimila a la medida en el sondeo correspondiente. De esta manera el volumen de cada bloque o prisma es: Vi= Six hi . Si la densidad media
δi
y la ley media l i son consideradas en el tramo o altura del bloque tenemos
que las reservas en tonelaje y en producto vendible son las siguientes:
Contenido= S i * hi * δ i * l i
Reservas= Σ V i * δ
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Una moderna y peligrosa variación de esta técnica de evaluación es la llamada Geoestadística o Krigeage, que aplicará a cada bloque, no la ley real del sondeo que lo ha atravesado, sino una ley manipulada en función de las leyes existentes en el entorno, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a dicho bloque (variograma), de tal modo que el error de estimación del bloque sea mínimo. La ventaja que pueda suponer medir el error o riesgo del conjunto del depósito no suele compensar la dilución de la calidad, que implica una reducción de la ley media en función de la existencia de más bloques de estéril que de mineral, sin tener en cuenta la selectividad minera operativa que permite, principalmente por el efecto de la malla más cerrada de control de leyes o voladura y una calidad de carga y transporte diferenciado, así como por una política de "blending" o mezcla de minerales de tajos separados, obtener una ley más par ecida a la dada realmente por el sondeo. Como resalta un profesor americano, Krige o Matheron han cerrado más minas de las que hayan abierto por su excesivo conservadurismo y falta de sentido práctico o aplicado. En España son conocidos los casos de la importante desviación entre la ley dada por el Krigeage y la recibida por la planta de tratamiento en las minas de Cobre y de Uranio, que puede alcanzar hasta un 25% superior en la planta que en la teoría Geoestadística.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO VII. LA PLANIFICACIÓN EN MINERÍA. LA DEFINICIÓN DE UNA EMPRESA MINERA Y DE LA CURVA EN S. Una empresa o una compañía, en un sentido general, es siempre algo difícil y comprometido de definir. Cada sistema político o social ha dado una definición más o menos de acuerdo con la filosofía de sus principios básicos y de los intereses predominantes, así como de los objetivos y valores de sus promotores. Efectuando un análisis muy realista de una compañía cualquiera, vendrá a deducirse que no será, ni más ni menos, que una actividad humana como cualquier otra obra o creación del hombre, desde una vida individual pasando por la familia, la ciudad o el estado hasta llegar al concepto de imperio y por tanto pasando por el propio desarrollo de una empresa minera o industrial, agraria o comercial. Analizando, muy someramente, el propio desarrollo de la humanidad para deducir aquella curva que refleja la marcha de la "mayor empresa" ejecutada por los hombres y cuyo nombre es HISTORIA se podría deducir que si supusiéramos que el hombre apareció, como tal, hará unos 50.000 años y que el tiempo medio de vida (podríamos llamarlo una generación) es de unos 62 años, el número de generaciones habría sido de unas 800. Analizando los principales hitos de la historia de la humanidad para deducir de ellos la curva de desarrollo de la empresa humana, así como de los materiales mineros empleados más comúnmente en dichos períodos o eras, llegaríamos a obtener los siguiente datos. En las primeras 650 generaciones el hombre vivió en las cavernas y utilizaba básicamente la piedra y sus avances y progresos vinieron marcados por el empleo y la aparición de nuevos materiales como el hierro, el bronce, la sal y la cerámica, que permitieron arar la tierra, cortar la piedra, pasar de nómadas a sedentarios e incluso renovaron el mismo pr oceso gastronómico que permitió fijar al hombre en casas, poblados y ciudades, sin la necesidad de continuar comiéndose los animales u otros hombres. En la generación 730 apareció la escritura y hizo posible la comunicación entre las sucesivas generaciones y el material básico pasó a ser la madera, junto al empleo de los mismos materiales anteriores aunque más perfeccionados. Apareció también el uso de los metales y de las piedras preciosas como los nuevos materiales monetaristas. En la generación 794 se desarrolló la imprenta y hizo así posible la comunicación masiva entre las diferentes generaciones, desarrollándose el empleo de nuevos materiales como el plomo, el vidrio y el mercurio que mejoraba la recuperación de los metales preciosos y con ello la aparición del capitalismo, del Renacimiento y el descubrimiento y conquista de nuevos mundos y
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS especialmente de América. Aparecieron también las modernas Universidades y con ello se produjo la transmisión de los conocimientos acumulados hasta entonces. Colón, Leonardo, Gutenberg, Miguel Ángel fueron algunos personajes característicos de dicho período. Hasta la generación 796 no fue posible la medida precisa del tiempo, y por tanto de la productividad y del rendimiento, con la aparición de los instrumentos de control astronómico que permitieron los grandes descubrimientos y el desarrollo de nuevas tierras como América, Australia y la conquista, por parte de Europa, de prácticamente todo el globo; Newton, Bach, Galileo, Cervantes fueron algunos de los hombres claves de dicha época. El año crítico del desarrollo moderno de la humanidad (1.776) coincidió con la generación 797 en la que, junto a los grandes filósofos y enciclopedistas, Mozart, Kant, la ópera, los grandes matemáticos y químicos y el nacimiento de las Escuelas de Ingenieros de Minas en Europa y América, aparecieron, en ese mismo año, tres grandes fenómenos: 1º2º3º-
La aparición del motor de vapor de Watts, que permitió la revolución industrial. La declaración de la Independencia de U.S.A., que supuso la revolución política. La publicación del libro "La Riqueza de las Naciones" de Adam Smith que contribuyó a la revolución económica.
y con ello se produjo el desarrollo del carbón y del acero, como los nuevos materiales mineros básicos para lograr la Revolución Industrial, desplazando la madera y creando los primeros grandes imperios económicos y técnicos, que podrían permitir el posterior nacimiento de las grandes sociedades mercantiles internacionales. En la generación siguiente - nº 798 - el ritmo de los sucesos importantes se incrementó, y junto a la existencia de grandes hombres como Goya, Napoleón, Beethoven y otros genios civiles y técnicos aparecieron y permitieron el desarrollo de: 1.792 - La Revolución francesa. La democracia 1.793.- La máquina de entelar algodón de W ittney. 1.807.- La locomotora de vapor de Stephenson. 1.831.- La dínamo de Faraday. 1.835.- El Telégrafo de Morse. y se aumentó notablemente el empleo del carbón y del acero y apareció la necesidad industrial del cobre, plomo y zinc, como nuevos materiales para el desarrollo de los nuevos adelantos y de las demandas sociales de mejora y bienestar. La generación 799 (1.840 - 1.909) vio aparecer, junto a genios como Bismark, Lincoln, Marx,
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Brahms, Mahler o Freud, los siguientes avances técnicos: 1.850 - El Proceso Bessemer para producir acero. 1.856 - El Generador eléctrico de Siemens. 1.870 - La locomotora eléctrica y la aplicación de la luz eléctrica por Edison. 1.876 - La Perforadora neumática y el explosivo de Nobel. 1.892 - El Automóvil Diesel por Benz. 1.895 - Los Rayos X de Roentgen. 1.898 - El Submarino de Peral. 1.903 - Los aeroplanos pioneros de los Hermanos Wright. 1.905 - La Teoría de la relatividad de Einstein. 1.908 - El Modelo T de Ford (La producción en cadena). 1.909 - La Radio y el telégrafo sin hilo por Marconi. y con ello el nacimiento de las grandes industrias modernas, los aceros especiales, la electricidad, los automóviles, las comunicaciones, la química, etc. y la necesidad de unos nuevos materiales básicos como el ácido sulfúrico, los cementos, el cloro y la sosa, el petróleo y el aluminio. Y en la generación 800, que abarca desde 1.910 hasta nuestros días, aparecieron los siguientes hitos del desarrollo de la humanidad. 1.928 - La Penicilina de Fleming. 1.930 - El Radar y la televisión. 1.942 - El Reactor atómico y la energía nuclear. 1.945 - La Bomba atómica y el computador digital. 1.947 - Los aviones supersónicos y los transistores. 1.957 - Los satélites artificiales. 1.967 - La llegada del hombre a la Luna. 1.970 - El vídeo y la explotación de los fondos marinos. lo que supuso la entrada de la sociedad en el consumo del gas, del Uranio, de las aleaciones especiales o ligeras de unos nuevos materiales como Wolframio, Cobalto, Níquel, etc. y un fuerte comercio internacional de materias primas minerales, con las siguientes creaciones y consecuencias: Dos Guerras Mundiales y la capacidad para aniquilarnos globalmente. La Exploración del espacio y del mar y una capacidad para escapar de las limitaciones de la Tierra firme. La Revolución Agrícola y la capacidad para poder alimentar la mayor parte de la humanidad. La Explosión informativa, y la capacidad para extender el pensamiento y el conocimiento a miles de millones de los seres humanos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Si llevamos estos puntos a una hipotética curva del desarrollo de la humanidad en el tiempo, podría tener la forma siguiente: Esta curva, llamada comúnmente "S" se divide en los 4 tramos siguientes: A - Exploración o Introducción B - Crecimiento o Explotación C - Madurez o Saturación D - Declive o última saturación
NIVEL DE DESARROLLO
y corresponde, en su forma y división como dijimos al principio, al normal desarrollo de cualquier empresa humana, tanto de un individuo, o de un 45.900 1.776 1990 TIEMPO producto, como de una idea, de una sociedad o empresa, CURVA EN "S" DEL DESARROLLO HISTORICO así como de la humanidad misma y como es lógico de la propia utilización de las materias primas minerales e incluso de la misma explotación de los yacimientos mineros. Esta curva "S" tiene un profundo significado y merece ser analizada con algún detalle para varios casos distintos crecientes en complejidad y amplitud hasta llegar al concepto empresa.
El caso de un hombre Parece bastante clara la división de los cuatro períodos de la vida de un ser humano y su relación con los cuatro estados clásicos del hombre: Infancia o edad del despegue Juventud o edad del crecimiento Madurez o edad del desarrollo saturado Vejez o edad del declive El caso de un pueblo o país No hace falta ir muy lejos para contemplar el desarrollo histórico de los pueblos, países e imperios que han pasado por sus cuatro épocas clásicas que, en un sentido clásico, han correspondido a:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La Independencia del pueblo o nacimiento de la idea de diferenciación. El Desarrollo o la época de luchas internas y de grandes realizaciones. El Cenit-Siglo de Oro o momento de la realización del imperio. El Declive o tiempo de la pérdida de influencia. ¿Cuantos casos como estos?, tantos como pueblos o de imperios de la historia: Egipto, Persia, Grecia, Roma, los Árabes, Españoles, Franceses, Ingleses, Rusos, Americanos, etc., tantos como pueblos o ciudades, como comunidades o como civilizaciones.
El caso de un producto Pondremos un ejemplo muy actual, el automóvil, como un caso típico de la moderna sociedad industrial. Sus cuatro etapas han sido a lo largo de los tiempos Período de innovación y desarrollo Desde el carro hasta el primer modelo autónomo pasaron siglos. Período de explotación del productoPrácticamente desde 1.910 hasta 1990. Período de madurez Comienzo de la saturación y de la estabilización del desarrollo del producto. Período de sobresaturación ¿Cabría predecir una cierta reacción en contra y un declive por parte de la humanidad para los próximos 30 años? El caso de una empresa industrial Pondremos, como ejemplo un caso fácil de comprender, por la mayor complejidad del conjunto de una empresa, el de una compañía fabricante de aparatos eléctricos, electrodomésticos y de la comunicación del tipo Philips, RCA, Sony, etc. Podremos analizar como su desarrollo, a lo largo de los últimos 70 años, se habrá caracterizado por la superposición de unos productos que fueron naciendo, creciendo, alcanzaron su punto álgido y luego disminuyeron su producción o su precio unitario, sin llegar a una total desaparición. Así: En los primeros 30 años del siglo fue el Desarrollo de la luz eléctrica, de las lámparas y de los pequeños motores, el que pudo dar origen a la constitución de la empresa. Entre los 30 y 50 años de existencia fue el Desarrollo de la Radio y de la Telefonía, el que sustituyo en importancia a los iniciales productos que comenzaban a decaer. Entre los años 50 y 65 de su vida fue el Desarrollo de la Televisión en blanco y negro y de los pequeños electrodomésticos como la afeitadora eléctrica, las neveras y otros, los que permitieron la continuidad de la compañía. Entre los años 65 y 75 fue el Desarrollo del cassette o del video y de la TV en color, los productos que habrán seguido dando vida a la supervivencia de la empresa.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
CURVA DE DESARROLLO DE UNA EMPRESA ELECTRÓNICA
En los años 80 habrá sido la aparición del Compact-Disc y el desarrollo de los microordenadores, los nuevos productos que permitirán continuar la marcha de la empresa. Pues bien, cada uno de estos productos habrá tenido a su vez sus cuatro etapas clásicas de evolución que bien pudieron ser: Nacimiento- Investigación y desarrollo piloto, con unos resultados financieros al principio negativos. Era la etapa de la Innovación. JuventudEstudio de los mercados, introducción del producto, precios altos y rápido desarrollo de las ventas con fuertes y crecientes entradas financieras. Era la etapa comercial. MadurezÉpoca de la saturación del mercado clásico con la necesidad de provocar el crecimiento de las exportaciones y de búsqueda de nuevos mercados con fuertes y enormes entradas de caja a pesar de obtener unos precios por producto más estables. DecliveLos crecimientos de los beneficios y de las ventas pasarán a ser negativos con unos menores precios y una terrible competencia con nuevos productos y con la aparición en la fabricación de otras firmas salvajes. Entonces, cada uno cualquiera de los productos habrá seguido la curva clásica en S, pero la empresa habrá resultado ser la envolvente combinada de las curvas parciales, dando lugar a su vez a un desarrollo, también en forma de una curva en "S", pero con unos períodos de vida para la empresa mucho más alargados siendo estos:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Empresas en el período de introducción Empresas en el período de explotación Empresas en el período de madurez Empresas en el período final
-
Son las compañías nuevas o pequeñas. Compañías Innovadoras Compañías fuertes, comercialmente agresivas y fuertemente generadoras de caja. Son las estrellas rutilantes que habrán triunfado en el cielo mercantil. Empresas viejas, conservadoras, estáticas y sin saturación con un menor ímpetu, pero muy sólidas.
El caso de una empresa Minera Lo mismo que para las empresas anteriormente citadas cabe deducir la forma de desarrollo de algunas de las grandes compañías mineras mundiales, cuya historia, en función de las sustancias que, prioritariamente, han ido explotando, ha podido ser algo parecido a la representada en la figura, y cuya explicación práctica es:
CURVA DE DESARROLLO DE UNA EMPRESA MINERA
De 1870 a 1900 explotaron las Piritas para la obtención del azufre necesario para la fabricación de ácido sulfúrico. De 1890 a 1920 entraron en la producción de Cobre y Plomo, para el desarrollo de la electricidad. De 1920 a 1940 principalmente explotaron Oro y Plata, en una época de crisis y de guerras y comenzaron con el Zinc y el Hierro. De 1945 a 1960 dieron prioridad a la explotación del Hierro, Zinc y Aluminio contribuyendo a la reconstrucción de los países destrozados por la 2ª guerra mundial.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS De 1950 a 1970 comenzaron a desarrollar la minería del Uranio y el Gas natural, junto a la búsqueda de más petróleo en el fondo de los mares. De 1970 a 1980 comenzaron a explotar algunos de los nuevos minerales industriales, como el Borax o los productos cerámicos, junto a las rocas ornamentales y los cementos para la construcción de nuevas viviendas en las grandes ciudades y en las áreas turísticas. Y desde 1980 a 1990 habrán preferido la adquisición de otras empresas mineras jóvenes y el abandono o venta de las compañías anticuadas, junto a la globalización e internacionalización de los mercados y la introducción del concepto de la innovación permanente en el proceso minero. Con todo ello avanzaron, de tal modo que una feliz planificación estratégica les habrá permitido combinar las etapas de depresión o decadencia de algunos de los productos mineros obsoletos con la aparición de otros nuevos productos que en cada momento eran demandados por una sociedad cada día más exigente y dinámica, así como con la aparición de un mayor y creciente número de consumidores y de otras nuevas empresas competidoras. El mismo análisis puede establecerse para el propio proceso de la explotación de un yacimiento desde su:
etapa inicial etapa juvenil etapa madura -
etapa de declive -
Investigación, hallazgo, evaluación y desarrollo del proyecto minero. Explotación e introducción en el mercado del nuevo mineral con unos precios altos y con un posible fuerte crecimiento de los ingresos. Saturación del mercado clásico, necesidad de reducción de los costos y de búsqueda de otros nuevos mercados exteriores, con unos precios más estables y la aparición de una mayor competencia. Los crecimientos pasarán a ser negativos o aparecerán las perdidas, por unos menores precios, por un cierto declive tecnológico y una competencia salvaje. Se producirá un agotamiento, generalmente, más psicológico que minero, del yacimiento o de las reservas.
De la misma manera en el propio proceso de la explotación minera nos podemos encontrar la curva en S en casi todas las fases del sistema operativo clásico: -
En la explotación temporal y espacial de un banco, de una cámara o de un tajo. En el rendimiento y en el aprovechamiento real de las máquinas, de los sistemas o de las importantes plantas de tratamiento. En la propia capacidad innovadora de los técnicos, de los supervisores y de los mismos directivos. En la investigación de nuevos yacimientos o en las posibilidades de ampliación. En el desarrollo de la política de comercialización del mineral o del concentrado.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Varias consecuencias pueden deducirse de un análisis de la forma de estas curvas: Esencialmente la vida es una evolución permanente y cíclica. Todo lo que nace morirá y otras cosas o sustancias o seres aparecerán como sustituyentes. La innovación es consustancial con las obras humanas. -
Los períodos de introducción o investigación de los nuevos productos, Lead time, podrán llegar a ser en las minas, normalmente, más largos que los propios períodos de explotación, de saturación y de declive.
-
Cuanto más desarrollada sea una empresa minera, más se reducen dichos ciclos de introducción de los nuevos productos. El ciclo de desarrollo medio de un producto o de un yacimiento nuevo fue, hasta 1945, de unos 34 años para los principales productos y actualmente ha ido descendiendo y se estima, en el momento actual de la tecnología, entre 8 y 15 años para gran parte de las buenas compañías mineras.
-
La fase de introducción de un producto o de un proyecto, se caracteriza, normalmente, por un crecimiento suave y lento, es la fase de despegue y en ella los flujos de caja pueden ser negativos. Es la fase llamada de la optimización o de la eficiencia: es el momento de "hacer las cosas buenas". (To do the right things).
-
A la fase de explotación corresponde un desarrollo más acelerado con unos incrementos crecientes (incluso la 2ª Derivada será mayor que 0) y con unos fuertes y sanos beneficios de carácter exponencial. Es la fase llamada de la Efectividad: es el momento de "hacer bien las cosas". (To do the things right).
-
La fase de saturación del producto se caracteriza, en general, por tener unos incrementos cada vez menores (la 2ª derivada pasará a ser negativa) y por ello, se producen unos beneficios más estables gracias a una prudente política de reducción de los costos, tanto de producción y comercialización como de amortización, así como por un dominio, por parte de la veterana empresa, cada vez mayor de la tecnología de transformación, de comercialización o de fabricación.
-
La última e inevitable fase de declive debe pretender, cada día una supervivencia, ser más larga la decadencia, correspondiendo a una mejor y más sabia utilización de la capacidad de las empresas y a un mejor conocimiento de las enfermedades y medicinas necesarias para alargar la vida del producto, de la mina, de la empresa o de la idea.
-
La curva resultante, de la vida de la empresa o de la mina, suma de las curvas parciales de cada producto o zona explotada, no es, necesariamente, la envolvente de éstas, pues
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS no tienen porque acumularse o coincidir temporalmente aquellos desarrollos de los productos o mercados con la introducción de los nuevos. Una correcta planificación estratégica y una adecuada programación del desarrollo de una compañía es aquella que sabe aprovechar las fases de los fuertes beneficios (fase de explotación) de los productos ya consolidados y existentes para investigar o introducir otros nuevos productos o buscar unos nuevos mercados que tengan precios más satisfactorios, hasta lograr una diversificación de productos, mercados o sustancias que irán compensando el decrecimiento inevitable que se presentará en la última e inevitable fase de saturación del producto o del mineral en agotamiento.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO VIII. MODELO O ESQUEMA DE UNA EMPRESA Si intentamos reforzar la definición de una empresa o compañía que hemos efectuado, a través de una maqueta o modelo, que la explique más claramente, debemos hacerlo sobre el esquema adjunto, que aunque se comprende bastante bien por sí solo, debe ser complementado un poco.
Una empresa es un sistema social de entradas y salidas
Definición:
MODELO DE UNA COMPAÑÍA
Sistema:
se denomina así al conjunto de los objetivos planificados e interdependientes, así como a la serie de normas y procedimientos de actuación que constituyen la cultura empresarial. Estos objetivos tienen una jerarquía que debe de ser establecida y respetada en el orden que sigue: 1º)
Propósitos
2º)
Valores
3º)
Negocios
4º)
Cifras y resultados
No necesariamente el beneficio es el propósito único de una empresa, ya que puedenn existir otros más valiosos. Beneficio es, desde luego, una condición necesaria para sobrevivir y
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
desarrollarse, e incluso un índice de la capacidad de sobrevivir, por ello, la supervivencia parece un propósito más elevado que el simple beneficio que podría ser tan solo un medio.Un objetivo o propósito muy válido puede ser la satisfacción de una necesidad humana, como debe ser el caso de la nueva minería, denominada social, ya que su gran propósito es suministrar la materia prima necesaria para el desarrollo de la sociedad y de la humanidad.
Social:
Sobre la empresa actuan toda una serie de fuerzas sociales que la convierten en un ente social. Son las fuerzas del: Capital, clientes, leyes, proveedores, sindicatos, las propias fuerzas tecnológicas y modernamente del propio medio ambiente, que oponen las lógicas resistencias.
Entradas:
Son el conjunto de "inputs" de una empresa que vienen definidos como las 5 M americanas: MEN - MATERIALS - MACHINES - MONEY AND MANAGEMENT Hombres - materiales - máquinas - dinero y conocimientos.
En el caso de una empresa minera, los materiales o materias primas son los recursos o las reservas explotables.
Salidas :
Son el conjunto de los productos realizados mediante la transformación y la comercialización en los mercados o clientes, los cuales retornan el dinero para repetir el ciclo básico. Estas salidas o mercados son: Otras firmas o departamentos transformadores. Otras firmas comerciales o empresas extranjeras Organismos internacionales Gobiernos propios o extranjeros Grupos especiales (Holdings) Distribuidores o vendedores (Brokers o traders) Clientes directos
Las productos - salidas en minería pueden ser: *
Las materias primas (Raw materials). Carbones, petróleo, minerales metálicos, piedras.
*
Los concentrados de minerales, de Cobre, de plomo, de zinc, de alumina, de uranio, etc.
*
Otros productos mineros más acabados. Los cementos, un KWh, las rocas pulidas,etc.
Las SALIDAS de una empresa, minera o no, están constituidas tanto por el MERCADO, como por los PRODUCTOS.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Podemos señalar que, en general, el estilo tradicional de gestión en las empresas Europeas actua y se preocupa más sobre las entradas, que el estilo de las empresas americanas da una mucho mayor prioridad a los mercados y que el nuevo estilo de gestión de las empresas japonesas acentúa el esfuerzo directivo sobre la innovación en el proceso y producto, llegando a considerar el marketing como una parte misma de proceso productivo e incluso como una filosofía o modo de pensar empresarial. La Dirección, en sus diversos niveles de mando y de la operación, debe de actuar con unos diferentes criterios de decisión sobre cada área de la empresa Son las Decisiones estratégicas aquellas que actuan sobre los outputs (salidas). Son las Decisiones administrativas las que actuan sobre las entradas al proceso. Son las Decisiones operativas las que se ejercen sobre los factores de producción. Según el nivel o grado de responsabilidad de la dirección debe ser el tiempo o la importancia que dedique a cada planificación o área y así deben ser sus decisiones e interés. Las figuras adjuntas intentan reflejar lo que sería ideal y lo que es mucho más real, en la mayoría de las empresas occidentales o en las japonesas, en todas las cuales se suele primar demasiado el interés operativo y el corto plazo y con ello se reduce, normalmente, el tiempo dedicado a las difíciles decisiones estratégicas y de más largo plazo.
PERCEPCIÓN OCCIDENTAL DE LAS RESPONSABILIDADES
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LAS FASES DEL PROCESO DE LA DIRECCIÓN DE UNA EMPRESA. Una vez establecido el modelo o esquema de una empresa, veamos como deber actuar o intervenir la Dirección sobre los diferentes factores que la componden y cuales son sus principales fases:
PLANIFICAR
¿que clase de compañía queremos ser? ¿dónde queremos ir? ¿cómo llegar?
ORGANIZAR
¿qué recursos necesitamos? ¿cómo podemos adquirirlos o descubrirlos? ¿cómo combinarlos en tiempo y espacio? ¿cómo procesarlos y optimizarlos? ¿cómo distribuirlos?
CONDUCIR O ACTUAR ¿Cómo activar los recursos para lograr los objetivos? ¿cuanto delegar? ¿cómo motivar mejor? ¿cómo coordinar e integrar?
CONTROLAR O CORREGIR ¿progresamos como planeábamos? ¿qué información necesitamos para corregir? ¿qué acción correctora necesitamos? ¿qué nueva planificación se precisa?
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
FASES DE LA DIRECCION DE UNA EMPRESA
Cuales son las actuaciones de la Dirección
Habilidad correspondiente
Percibir los problemas y las oportunidades
Sensibilidad perceptiva
Ordenar los datos y otorgar las prioridades
Sentido de la importancia
Análisis de los problemas y de las oportunidades
Capacidad de diagnosis y análisis
Formular alternativas
Creatividad e imaginación
Decidir, seleccionar y valorar alternativas
Capacidad de tomar la decisión
Implantar o ejecutar la decisión más conveniente
Motivación y mando
Puede concluirse en función de lo expuesto que:
"Mandar no es dar órdenes, sino conseguir los objetivos programados"
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS LAS FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE LA DIRECCIÓN DE UNA EMPRESA Tanto presionando como resistiendo a las acciones podemos enumerar las fuerzas que actuan sobre la dirección de una empresa y a las que ésta tendrá forzosamente que dar una respuesta adecuada para resistir su presión y sobrevivir.
Fuerza
Tipo
Respuesta
Propietarios o accionistas
Capital
Dividendo justo
Clientes o consumidores
Compras
Precio adecuado
Sociedad (medio ambiente)
Quejas
Satisfacción
Regulaciones legales
Leyes
Cumplimiento
Financieras
Créditos
Solidez
Suministradores
Precios
Negociación
Empleados y Obreros
Sindical
Salario justo
Tecnología
Innovación
Adaptación
En resumen podemos agrupar las fuerzas que actuan sobre la empresa en función de la influencia ambiental en:
Fuerzas Económicas:
que generalmente se resuelven con organización
Fuerzas Políticas:
que se resuelven con negociación
Fuerzas Sociales:
que se resuelven con justicia
Fuerzas Tecnológicas:
que se resuelven con la innovación.
EMPLEADOS PROPIETARIOS
DIRECCION
FINANCIEROS
TECNOLOGIA
DIRECCION
SOCIEDAD
GOBIERNO
SOCIEDAD
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO IX. LA PLANIFICACIÓN. 1. DEFINICIONES Y DIMENSIONES Antes de entrar en una clasificación de las diferentes clases de planificación que se aplican en las empresas, debemos tratar de definir, si es posible, el concepto mismo de planificación de una manera práctica y aplicable a los casos mineros. De diferentes autores se han escogido varias definiciones, ya que, probablemente, de la lectura de todas podemos obtener una impresión más completa que tomando una sola como dogma. *
La planificación es un proceso de adaptación a los inevitables cambios o ciclos.
*
La planificación es anticipar el posible futuro.
*
Planificación es un estilo de dirección. Será una actitud mental y laboral más que una técnica.
*
Planificación es una decisión o elección previa.
*
Planificación es creer y desear hacer algo que sucederá.
*
Planificación es no confundir el deseo con la realidad.
Una definición más aceptada por la Real Academia de la Lengua en su diccionario, nos dice que:
Planificar una empresa es organizarla conforme a un plan determinado . Planificar significa, literalmente, hacer planes. Si estos, además se documentan adecuadamente, se denominan Proyectos. Proyecto es un conjunto de planos y documentos que permiten realizar una
acción por un equipo de personas diferentes al que la ha planificado . Las clases de planificación que en una empresa deben llevarse a cabo en función de las áreas en que se tienen que tomar las decisiones, y que ya hemos mencionado en el capítulo anterior son:
La Planificación Operativa Es aquella que actúa sobre los factores de conversión, producción y comercialización para lograr los productos requeridos en el tiempo, lugar y precio, así como para su promoción y distribución. Suele dividirse, consecuentemente, en función del tiempo (corto, medio y largo plazo), en función del espacio (áreas, niveles, secciones, zonas geográficas, etc.) o por el valor
comercial (calidad, densidad económica de los productos, primarios, secundarios, etc.).
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La Planificación Administrativa Es la que actúa sobre las entradas (inputs) de la empresa , los famosos "M" americanos (MEN, MATERIALS, MACHINES, MONEY and MANAGEMENT), estudiando sus necesidades y sus distribuciones relativas para lograr el óptimo producto y el equilibrio y armonía entre ellas, preparando los programas correspondientes de: -
formación de personal,
-
abastecimiento o disponibilidad de materias primas,
-
selección y mantenimiento de procesos y maquinaria,
-
financiación, resultados y tesorería,
-
selección y captación de personal directivo,
-
investigación tecnológica y de mercado.
La Planificación Estratégica Corresponde a la Alta Dirección y actúa fundamentalmente sobre las salidas (outputs) de
la empresa, esto es sobre aquellas decisiones previas que determinan la propia naturaleza y la dirección del negocio. Es decir, debe considerar no solo los grandes objetivos que definen la propia empresa, sino también los planes, la captación de los recursos y los medios necesarios para lograrlos. No es solamente donde ir, sino también cómo ir y qué debe ser la empresa, de acuerdo con los medios realmente disponibles o factibles.
Existe una muy común confusión entre la planificación estratégica y la planificación a largo plazo. Mientras que esta última es normalmente operativa, pues, proyecta las actuales operaciones hacia el futuro, como un resultado de la dimensión tiempo, en algunas ocasiones pueden existir decisiones a corto plazo que son estratégicas a causa del impacto tan fuerte que tienen sobre la naturaleza y la dirección del negocio. La planificación estratégica tiene que ver más con el clima -cambio de las condiciones ambientales- en que se desarrolla la vida de la empresa, uno de los cuales es, naturalmente, el tiempo. Una decisión estratégica a corto plazo puede ser parar una mina por falta de rentabilidad en un mercado dado y en un momento determinado y otra es volver a arrancarla cuando han variado las condiciones del mercado.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS DIFERENCIAS ENTRE LA PLANIFICACIÓN A LARGO PLAZO Y LA ESTRATÉGICA CARACTERÍSTICAS
ESTRATÉGICA
LARGO PLAZO
Del problema u objetivo
Problemas nuevos, no estructurales
Problemas con alguna estructura
Importancia de la experiencia previa
Poca
Algo a mucho
Naturaleza de la información base
Cualitativa
Más cuantitativa y datos conocidos
Énfasis
En la efectividad (en el qué del negocio)
En la eficiencia (en el como del negocio)
Perspectiva en el tiempo
Del futuro hacia hoy
De hoy hacia el futuro
Horizonte
15 a 20 años
3 a 5 años
Enfoque
Proyectar
Organizar
Ejecutores
Alta Dirección (Pocas Personas)
Direcciones operativas (Muchas personas)
Sistema
Falta la sistemática pero dominará el contenido
Formalistico y con dominio del procedimiento
Técnicas o herramientas.
Pocos números, aunque útiles.
Muchos números y muy útiles.
Usos principales
Identificar los cambios y adaptar y expandir la compañía en función de ellos.
Colocar y coordinar los recursos. Integrar las comunicaciones y crear equipo.
La determinación de la naturaleza y dirección de la empresa es la más alta de las responsabilidades de la Alta Dirección e incluso la más vital. Toda empresa tiene una planificación estratégica bien sea formal o no, bien la lleve a cabo o no. Es tan sólo cuestión de quien formula dicha estrategia. Si los altos niveles de la compañía no dan suficiente importancia a la planificación estratégica, entonces otros niveles internos o inferiores de la organización lo hacen o lo que es peor, algunos elementos externos a la empresa -gobiernos, consumidores, clientes, competidores, ecologistas, sindicatos- pueden forzarla y cambiar el destino de la empresa. Esto ha sucedido y sucede en muchas grandes empresas, y muy especialmente en las mineras españolas con una común falta de planificación estratégica y a largo plazo.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 2. CLASES DE PLANIFICACIÓN Como hemos indicado fundamentalmente son tres: operativa, administrativa y estratégica que se subdividen en programas de actuación + +
Temporal
Corto plazo
*
Medio plazo
*
*
*
*
*
.
Largo plazo
+
Zonas geográficas
* * *
Planificación operativa
Espacial
*
Áreas locales
*
*
*
*
*
.
Niveles, secciones y cuarteles.
+
Precios de venta Inversiones Rentabilidad Costos
* * .
Económica
* * .
+
Programas de personal o recursos humanos
* *
Programas financiero y de tesorería
* *
Planificación Administrativa
Programas de abastecimiento de materiales ( exploración y recursos)
* *
Programas de maquinaria, medios y procesos operativos.
* .
Programas de investigación e innovación
3. ETAPAS DEL PROCESO DE UNA PLANIFICACIÓN MINERA 1º. 2º. 3º. 4º. 5º. 6º. 7º. 8º. 9º.
Determinación de los objetivos mineros a conseguir. Descomponer los objetivos en unos subobjetivos específicos en tiempo y dimensión. Desarrollar las alternativas posibles. T MUST = DEBER Comparar las diferentes alternativas. * R WANT = QUERER Valorar las alternativas en tiempo. Valorar las alternativas en presupuesto. Elección tentativa de la alternativa más conveniente. Medir las consecuencias adversas de la alternativa elegida tentativamente. Tomar la decisión final.
La planificación es y debe ser una herramienta para tomar decisiones.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 4. DIMENSIONES DE LA PLANIFICACIÓN. EL CONCEPTO PIPOS. El anagrama de PIPOS nos permite definir las dimensiones de la planificación y corresponde a las letras iniciales, en inglés, del significado y de las dimensiones de una completa y buena planificación:
Phylosophy =
Filosofía
Inputs
=
Entradas o Información
Process
=
Proceso
Outputs
=
Salidas o resultados
System
=
Sistema o control
En una forma resumida podemos aclarar el significado de cada uno de los conceptos de PIPOS.
La Planificación como una filosofía En lugar de interpretar la planificación como una herramienta o simplemente como una técnica, es mejor comprenderla como un modo de dirigir y conseguir la realización de un proyecto, así se trata más de un estilo de trabajo que se refleja en todo el ambiente del trabajo y en la propia organización de la empresa. Como tal, este estilo debe ser compartido por todos los miembros de la Dirección como un equipo y no solamente como una imposición personal del Director, y a ser posible este debe recoger las aspiraciones del equipo y hacerlas suyas.
Las entradas o Información para Planificar. Datos necesarios La información sobre todas las fuerzas que actúan en el proceso, tales como mercados, competencia, tecnología, gobierno, fuerzas laborales, reservas, costos, etc., representan la base para definir las oportunidades y las resistencias (Pros y Contras). Esta base de datos debe combinarse con la información sobre los recursos y los medios propios de la compañía, el conocimiento y la calidad del equipo directivo, de los datos de la planta y suministradores de la maquinaria, así como de otros componentes que determinan las fuerzas y las debilidades de la empresa. También son informaciones o datos las previsiones, premisas y estimaciones sobre el desarrollo presente y futuro de acuerdo con los resultados anteriores de la compañía. De acuerdo con el valor de estas informaciones o datos previos será la calidad de la planificación resultante. En la tecnología minera o Laboreo de minas los datos básicos son los sondeos y las evaluaciones de cantidad y calidad, así como los costos reales de la actual explotación o de otras similares.
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La Planificación como un proceso Más que nada, planificación es un proceso. Planificación es el proceso de formular los objetivos y los subobjetivos, así como el desarrollo y evaluación de las alternativas de actuación para alcanzar aquellos objetivos, haciéndolo en base a saber identificar las oportunidades, disminuir las resistencias externas y fortalecer los puntos débiles internos de la empresa. El proceso de planificación puede ser llevado a cabo para las diferentes áreas o grupos de decisión y también para muy diferentes horizontes de tiempo, especialmente cuando se trate de grandes empresas o grupos financieros multinacionales, aun cuando al final se consoliden los resultados globales. El resultado de este proceso deben ser unas decisiones que en forma de planes constituirán las bases para actuar y son unas decisiones de hoy que producirán los resultados que a la Dirección le gustaría obtener en el futuro.
Las Salidas o los Resultados de la Planificación Los resultados del proceso de planificación deben ser unos documentos formales , que pueden tomar la forma de unos programas parciales o globales, que cubran unos plazos cortos o largos y que pueden afectar a la compañía como un conjunto o a una parte de ella, como una división. Un ejemplo muy antiguo y minero es el Plan de Labores anual como un programa temporal del Proyecto minero, que es, al fin y al cabo, otro Plan a mayor largo plazo y con un carácter más estratégico.
La planificación como un sistema El sistema representa aquí la interdependencia entre el conjunto de los objetivos que deben planificarse y las herramientas, medios, útiles y técnicas, así como los propios procedimientos que son empleados. Como tal, un sistema de planificación se refiere a el qué, cómo, dónde y
cuando será efectuado dentro de la organización en orden a obtener un objetivo bien realizado.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 5. RAZONES PARA HACER PLANIFICACIÓN EN LAS COMPAÑÍAS I). Por razones externas Cuando se producen: -
Cambios en el medio ambiente
-
Cambios en las condiciones de los negocios
-
Incremento en las presiones de la competencia
-
Desarrollo del mercado o de la demanda
-
Cambios tecnológicos cada vez mas frecuentes
-
Ciclos de los productos más cortos
-
Nuevas actitudes del Gobierno - como un cliente - como un factor político
-
Fluctuaciones de las cotizaciones de precios y monedas.
II). Por causas internas Cuando se producen: -
Aumento del tamaño de la compañía.
-
Pérdida de flexibilidad
-
Necesidad de integración y control
-
Importancia de poder anticipar y resolver los problemas en avance
-
Tomas de decisiones más complejas en las que unos parámetros y unas variables tendrán que considerarse con vistas a un futuro diferente
-
Mayor tamaño de las inversiones y periodos más cortos de amortización
-
Mayores riesgos
-
Mayores tiempos de maduración entre la toma de decisión y el momento en que los resultados serán obtenidos.
-
Dificultades de comunicación entre los niveles de mando.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 6. MEDIDA DEL GRADO DE APLICACIÓN DE LA PLANIFICACIÓN De acuerdo con el grado de planificación que se decida efectuar y la participación del equipo humano en el desarrollo de la misma obtenemos el siguiente esquema y las clases de mando o de Poder en las empresas.
RELACIÓN ENTRE GRADOS DE PARTICIPACIÓN Y PLANIFICACIÓN
Ejemplos de organizaciones y grado de planificación 1.9.-
Organización militar y empresas dictatoriales.
9.1.-
Instituciones académicas y de investigación.
1.1.-
Compañías familiares o pequeñas empresas muy tradicionales.
5.5.-
Mayoría de las empresas productivas.
9.9.-
Pocas y muy selectas empresas, serán las estrellas que supervivirán de las que serán algunos buenos ejemplos: Los Jesuitas, IBM, General Motors, ITT, El Corte Inglés, RTZ, Anglo American, Phelps Dodge, Nestle, Outokumpu, Boliden, Grandes Bancos, Cementeras.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 7. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA PLANIFICACIÓN
Las ventajas
Con planificación
Existe una mayor libertad -
Se reducen las dudas y los dobles pensamientos. - Se canalizan los limitados recursos hacia un fin común. -
Se puede prevenir contra las desviaciones y permite tomar medidas correctoras.
Existe una mayor moral -
Se tiene una base para una motivación participada del equipo. - Se consigue que el equipo sea atraído y trabaje más de acuerdo hacia los objetivos. - Sin planificación la gente tiende a enfocarse sobre los defectos o las dificultades, aumentando el malestar interno.
Es posible
- Una base de control para medida de las desviaciones. - Una base para delegar los subobjetivos. - La dirección por excepción y por objetivos.
Es más fácil
-
Comprender los problemas y los baches del camino. - Colocar los limitados recursos disponibles. - Tener unos criterios para elegir las alternativas.
Los inconvenientes
Con Planificación: -
Puede crearse una fuente de conflictos internos.
-
Coloca algunos "secretos" en manos que podrían llegar a ser peligrosas.
-
Es difícil formular los objetivos y las alternativas por escrito y consume tiempo y dinero, además de, posiblemente, tener que emplear los mejores cerebros.
-
Puede reducir el factor sorpresa y la intuición personal, tan latinas.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 8. LA PLANIFICACIÓN MINERA. Las empresas mineras, desde hace más de un siglo, están obligadas a presentar a la Administración, un plan de labores anual, como corresponde al concepto de control de la concesión administrativa otorgada por parte del Estado o Nación, verdadero propietario de la riqueza minera del país.
EL PLAN DE LABORES MINERO
Debe corresponder a la parte anual y alícuota de un proyecto de explotación a largo plazo o vida de la mina.
PERIODO DE DURACIÓN DEL PLAN MINERO: PROYECTO -
De 15 a 20 Años
- Largo plazo
PLAN DE PRODUCCIÓN -
de 3 a 5 años
- Medio plazo
PLAN DE LABORES -
Menor de 1 Año
- Corto plazo
El plan de labores anual se debe descomponer incluso en períodos de meses o trimestres. Un correcto plan, anual o de mayor plazo, se descompone no solo en unos períodos temporales, sino también en una serie de programas específicos tales como :
PROGRAMA DE RESERVAS
Con un inventario detallado de las toneladas, sus leyes y el nivel o bloque en que se encuentran con un grado de certidumbre o de probabilidad de desviación.
PROGRAMA DE MAQUINARIA Y MEDIOS
Número de unidades, flotas, capacidades, consumos, explosivos y rendimientos.
PROGRAMA DE PERSONAL.
Técnicos, operadores, mantenimiento, administrativos, propios y subcontratados.
PROGRAMA DE INFRAESTRUCTURAS:
Necesidades de terrenos, agua, energía, repuestos y almacenes.
PROGRAMAS DE PRODUCCIÓN
Productos vendibles o minerales, según calidades y precios de venta..
Productos no vendibles , estériles, residuos sólidos y líquidos.
PRESUPUESTOS
De ingresos, de gastos y de tesorería.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.
Descomposición en años, meses o semanas de cada una de las actividades programadas.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 9. LOS CRITERIOS DE PLANIFICACIÓN Y DISEÑO EN MINERÍA Básicamente se deben considerar los siguientes criterios iniciales para comenzar a trabajar en el proyecto de explotación de un yacimiento descubierto o en la ampliación de una mina existente.
RESERVAS
Tan solo las medidas y demostradas, que son función de Precio, Costes, Beneficios y Rendimientos Reservas
RITMO =
tonelaje
) ) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -) ) )
=
Vida
) ) ) )- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -)
Año
VIDA = Los años de explotación planificables de las reservas medidas y demostradas RATIO LIMITE ECONÓMICO RLE = Relación máxima de m3 de estéril a mover por tonelada de mineral que es función de unos parámetros geométricos y económicos =F (α,β,γ ,F,P,D)
PROFUNDIDAD de la explotación, que a su vez es función de el Ratio límete económico y del Beneficio esperado H
= F (RLE) = F (B) siendo:
RLE
=
Ratio límite económico
B
=
Beneficio esperado
α. β, γ , F,P,D
=
Parámetros geométricos y económicos.
La profundidad a la que se pretende llegar en la mina, es un parámetro extremadamente importante ya que constituye la base del diseño de la explotación: -
Para establecer los parámetros geométricos y geomecánicos.
-
Para establecer la futura restauración del terreno
-
Para lograr los beneficios deseados.
-
Para poder planificar las fases de explotación.
-
Para aprovechar al máximo el criadero
SECUENCIA DE EXPLOTACIÓN,
es el camino o pasos que se deben seguir para llegar al final de la mina. Un viejo axioma minero, pero no un dogma, establece que debe seguirse siempre el siguiente camino;
" de techo a muro, de arriba a abajo y de mayor calidad a menos buena". RITMO Y VIDA Un parámetro que influye determinantemente en un estudio económico de viabilidad es la definición del ritmo de explotación o escala, esto es, las toneladas de mineral producidas por año.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Este ritmo viene marcado fundamentalmente por el mercado, que señala la producción anual factible de ser vendida. Evidentemente ciertos factores técnicos condicionan, no sólo unos ritmos mínimos por la capacidad de la maquinaria, sino también el incremento de la producción que no puede ser gradual sino por escalones, especialmente en el proceso de tratamiento del mineral, donde las unidades de machaqueo, molienda y tratamiento tienen unas capacidades críticas más altas y condicionan el ritmo idóneo de explotación de la mina hasta poder obligar a una modularización o ampliación por módulos añadidos y paralelos. El concepto de vida de la explotación es el resultado de dividir las reservas demostradas por el ritmo.
Vida = r e s e r vr a s
R i itmo
t t / año
y en función de lo enunciado sobre la dinámica del concepto de las reservas, es también un concepto dinámico. El profesor Taylor que ha estudiado estadísticamente el tema de la vida y el ritmo de muchos proyectos mineros ha propuesto una fórmula que procede del análisis de un buen número de proyectos rentables en todo el mundo y para un variado número de sustancias minerales. Dicha fórmula expresa que:
Ritmo (Mtm/año) = 0,15 x R0,75 (1 ± 0.2) siendo R las reservas demostradas en millones de toneladas. y en consecuencia resulta la
Vida = 6,5 x R0.25 (1 ± 0.2) Como resumen podemos decir que, en general:
A un mayor ritmo corresponde : -
Mayor inversión y menor coste operativo
-
Mayor flujo de caja.
-
Menor vida.
A un menor ritmo corresponde : -
Menor inversión y mayor coste operativo
-
Menor flujo de caja.
-
Mayor vida.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Expresada gráficamente la fórmula del Profesor Taylor en escala doble logarítmica viene representada por un área entre dos rectas en las que debe establecerse el correcto ritmo de explotación, separando claramente dos zonas de diferente problemática. Las mina, cuya posición por el ritmo y las reservas demostradas, está situada por encima de la recta tiene que buscar más reservas o se acabará pronto por lo que su esfuerzo debe fundamentalmente dirigirse hacía la exploración geológica de nuevos recursos. La mina, cuya posición en el gráfico la sitúa por debajo de la recta tiene un grave problema de ventas o comercialización de sus productos, por lo que su esfuerzo prioritario debe ser la búsqueda de nuevos clientes o aplicaciones de esa sustancia mineral.
ÁBACO DE LA FORMULA DE TAYLOR
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO X. LAS ENTRADAS Y SALIDAS (INPUTS Y OUTPUTS). LA SECUENCIA O CAMINO DE LA EXPLOTACIÓN MINERA. LAS TÉCNICAS DE PLANIFICACIÓN Como se ha detallado en el capitulo anterior las entradas a la planificación (inputs) de los procesos mineros son las siguientes:
Materiales,
que en general son las reservas disponibles a través de la investigación y evaluación llevada a cabo por medio de los sondeos o por cualquiera de la técnicas desarrolladas en los capítulos anteriores.
Máquinas,
que en el momento actual son los elementos más importantes del método y del sistema de explotación y que incluso van a definirlo y constituyen la inversión más importante.
Dinero
o la financiación para llevar a cabo, no solo el arranque inicial de la operación y las necesidades de circulante, sino para la propia introducción de las correcciones del proceso en marcha.
Personal
para la ejecución de los trabajos de supervisión, ejecución y mantenimiento, sin olvidar los necesarios conocimientos y mentes para innovar continuamente el proceso.
Tecnología
o suma de los conocimientos experimentales y teóricos para diseñar, dirigir y controlar el correcto proceso, que es medido finalmente por los beneficios obtenidos y por la continuidad a largo plazo de las actividades mineras.
Y las salidas (outputs) del proceso minero son los productos minerales que a través de su venta a un justo precio retornan los flujos de caja para continuar el ciclo productivo. Es muy normal considerar también como una salida minera el propio mercado a donde se dirige el producto mineral, que si bien se considera como un mercado totalmente libre, globalizado e internacionalizado, no es infrecuente encontrar algunos casos de mercados cautivos o intervenidos por medio de cupos en los que es muy lógico tenerlo como un activo.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La secuencia o camino de una operación minera es, en un principio, la disposición ordenada y planificada de los entradas necesarias para conseguir las salidas o productos en un tiempo y en un espacio determinados. El mayor problema ingenieril de la minería está en la planificación de la fases de la explotación, ya que, desde el diseño del hueco final pasando por las secuencias o las etapas en que se desarrolla la operación a lo largo de su vida o duración temporal, son cruciales para el éxito de la operación minera.
*
Tres grupos de factores limitan e influyen en su ejecución, de acuerdo con Soderberg y Atkinson, y que en cierto cierto modo son los responsables de las dificultades o inconvenientes que van a imponer una resistencia al desarrollo de la planificación programada:
Factores naturales y geológicos : condiciones geológicas, características del mineral, condiciones hidrológicas, topográficas y las características mineralógicas.
Factores económicos: Ley del mineral y tonelaje, ratio de estéril a mineral, ley de corte, coste de la operación, capital de inversión necesario, beneficio requerido, ritmo de la producción, y condiciones o limitaciones del mercado.
Factores tecnológicos: Equipo o maquinaria, número y disponibilidades, mantenimiento de taludes y techos de galerías, geometría de los bancoso niveles, ancho y pendiente de las rampas, límites de las concesiones y de la explotación. Los extensivos extensiv os y repetitivos repetitivos cálculos y diseños de las alternativas alternativas de explotación explotación que son son necesarios para definir tanto los objetivos y las situaciones a corto, como a medio y largo plazo se obtienen o realizan a través de una serie de técnicas o procesos enter los que destacan los siguienets.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS LAS TÉCNICAS DE PLANIFICACIÓN
1ª.- La Dirección por objetivos A las ya pasadas técnicas de dirección, más o menos autocráticas, que anteponían la eficiencia y los objetivos a las relaciones humanas con supervisores y empleados, ha sucedido en la minería mundial, como en otras actividades humanas, una técnica definida como "Dirección por objetivos" y en otros casos como de "Dirección por excepción" cuyas premisas básicas son: -
El desarrollo es tanto más efectivo cuanto es más auto-desarrollo.
-
La obtención de resultados "verdaderos" es crucial para el desarrollo de la empresa.
-
El autocontrol es más conductivo para el desarrollo que el control exterior y forzado.
El proceso de dirección por objetivos, en líneas generales, consiste en: -
La alta dirección define los objetivos y las limitaciones generales. También debe establecer los propósitos y los valores fundamentales de la empresa.
-
Los subordinados identifican los subobjetivos del trabajo y los resultados a obtener valorados en tiempo y en dinero.
-
Los superiores y subordinados discuten y llegan a acuerdos sobre las METAS.
-
El director debe actuar como un soporte durante el ciclo de operativo, sin que tenga que intervenir en el proceso más que por "excepción".
-
Los subordinados se autocontrolan.
-
Los subordinados se autovaloran.
-
Superiores y subordinados discuten y diagnostican las razones de éxitos y fracasos.
-
Se vuelven a definir las nuevas metas a alcanzar en función de los resultados obtenidos.
Aún cuando puede decirse que algunas compañías mineras han intentado aplicar para ciertos proyectos mineros estas técnicas de dirección y planificación, estimamos que no siempre lo han hecho de un modo premeditado, continuado y formal, sino más bien intuitivo y temporal. Parece bastante lógico pensar, que al crecer y hacerse más compleja y global la variada minería será preciso formar y educar a todos los mandos en la implantación de estos sistema de dirección, cuyo buen resultado ha convertido a ciertas multinacionales en las reinas del mundo minero internacional, siendo las grandes abastecedoras de los mercados mundiales.
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2ª.- Toma de decisiones La sustitución del método, más o menos intuitivo, de la Dirección por experiencia, que puede ser calificado como un arte, por una técnica de Dirección basada en los cálculos y las valoraciones, ha permitido el avance, tanto en tiempo como en calidad, de las técnicas más jóvenes de Dirección por objetivos, anteriormente enunciadas. La Planificación y la obtención de los objetivos básicos de la compañía, tales como: -
Supervivencia.
-
Rentabilidad.
-
Volumen y crecimiento.
-
Control de costos de operación.
-
Actualización financiera (DCF).
-
Satisfacción del Cliente (Estudio de Mercados).
-
Medición de capacidad de la Dirección (Desarrollo de los ejecutivos).
-
Relaciones Industriales (Encuestas y estadísticas).
-
Control de calidad de los productos más acabados.(Mayor valor añadido).
hace precisa la utilización de los procesos estadísticos y matemáticos que permiten medir los resultados obtenidos y reales de esos objetivos, algunos de ellos considerados como no mensurables, y por el gran número de variables envueltas en el proceso, que pueden ser intangibles, tales como la belleza, la moda, la supervivencia, los ideales políticos o religiosos. La posibilidad moderna de emplear para estos cálculos de la medición de objetivos y resultados, herramientas como la informática y el ordenador, han hecho posible la aplicación de los valores numéricos a los conceptos no mensurables o a unidades heterogéneas entre sí lo que ha permitido realizar un adecuado análisis o comparación de las alternativas. Detrás de cada decisión debe yacer un correcto análisis del problema o de la situación, y no debe haber nada más importante, en la función de la Dirección, que un correcto y verdadero análisis de los problemas para efectuar las correctas tomas de decisiones. Porque mandar es tomar decisiones y en la minería debe de reconocerse, por bien sabido y experimentado, que "no hay peor decisión que la decisión no tomada" .
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Un acercamiento sistemático y razonado al análisis de la toma de las decisiones, que parte de una información dada, debe ser esencial, en una era de tan rápidos avances tecnológicos y de mayores competencias y cambios, en contraste con otros tiempos de intuiciones o experiencias envejecidas prematuramente. Cuando el tiempo presiona, cuando los problemas y situaciones requieren unas decisiones más complejas, cuando las penalizaciones por cometer un error van aumentando, es necesario hacer uso de la mejor información disponible y saber cuando las decisiones son las mejores posibles o en todo caso las menos malas, antes de actuar, pero sin dejar de actuar. Cuando un problema minero resulta más complejo no se deben aceptar mayores riegos, sino que es preciso aportar más datos en forma de más sondeos, ensayos y pruebas para poder tomar las decisiones con mayor rigor y seriedad.
Proceso del análisis de toma de decisiones La premisa básica es: El proceso de tomar una decisión puede ser dividido en un
número de pasos consecutivos para su más riguroso análisis. Estos pasos normalmente deben ser: A)
Establecer los objetivos.
B)
Clasificar los objetivos de acuerdo a su importancia. PRIORIZACIÓN.
C)
Establecer las alternativas entre las cuales habrá que elegir.
D)
Evaluar las alternativas contra los objetivos.
E)
Elegir la alternativa menos mala como una decisión tentativa.
F)
Valorar las consecuencias adversas que pueda crear la decisión tentativa.
G)
Efectuar la decisión final.
En general para un Ingeniero, que debe aplicar la lógica y el orden, los problemas no deben
constituir unas disculpas, sino la necesidad de una búsqueda de soluciones y en la minería moderna el mayor problema suele estar en tener que elegir la solución menos mala entre las muchas alternativas existentes.
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Clases de decisiones Tres clases de decisiones pueden ser tomadas:
Decisión correctora:
la que actua directamente sobre las causas del problema.
Decisión circunstancial:
la que actua sobre los efectos para continuar obteniendose el ob jetivo principal.
Decisión de adaptación:
la que minimiza calculadamente los efectos y permite vivir con el problema, al menos durante un cierto tiempo.
Un sencillo ejemplo doméstico aclara mejor las diferentes clases de decisiones que se tienen que tomar en la vida; Un volquete minero puede consumir aceite porque tiene un cierto desgaste en los segmentos del motor. Tal situación puede dar lugar a tres tipos de decisiones:
Correctora:
Sustituir los segmentos viejos por unos nuevos.
Actuando sobre la causa. Circunstancial:
Reponer el aceite con mayor frecuencia y seguir viajando.
Actuando sobre el efecto . Adaptativa
Utilizar un aceite más barato hasta que surjan otros problemas y se tenga que realizar una reparación general del motor o se vaya a cambiar el volquete.
Se está actuando sobre las circunstancias de tiempo o espacio . Se esta viviendo con el problema. De la misma manera en la mina es muy frecuente tener que tomar una decisión entre las varias posibles, que actua sobre las causas, o sobre los efectos o se adapta a las circunstancias sabiendo convivir con el problema. Típicos son los casos de estabilidad de taludes o de techo, en que muchas veces es muy difícil o caro actuar sobre las verdaderas causas del problema y por ello se adoptan decisiones de convivencia temporal en tanto dure la explotación de la zona objeto de las tensiones. Otro caso de alternativas de decisiones temporales o que actuan sobre el efecto se presentan generalmente en el proceso de mantenimiento de la maquinaria, que incluso define un sistema de actuación como será el preventivo.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Es evidente que cada clase de decisión tiene o implica un riesgo o un costo diferente y sería mejor poder llegar a valorarlos previamente para tomar aquella decisión que implique un menor costo y evite unos mayores riesgos. El verdadero punto crítico de la toma de decisiones consiste en la valoración de las alternativas que se nos ofrecen como unas posibles soluciones para obtener los objetivos perseguidos. Algunas técnicas como la de Koepner-Tregoe, pueden ofrecer unas soluciones simples y atractivas que tratan de encontrar la solución en base a dar unas valoraciones numéricas a cada una de las informaciones disponibles y asignando un peso (en una escala de 0 a 9) a cada objetivo parcial deseado para finalmente multiplicar peso por valoración y sumando los parciales se obtiene un resultado total para cada alternativa. Posteriormente y tras la selección de las alternativas con mejor puntuación se debe efectuar un chequeo de las consecuencias adversas de las alternativas seleccionadas para proponer finalmente de entre ellas, aquella menos mala. Generalmente, en la minería, la solución mejor suele resultar la más cara y con ello no es la oprtima, sino la menos mala.
3ª.- Utilización del Ordenador en la Planificación y en la toma de decisiones. Por ser objeto de otras asignaturas, tan sólo se trata de exponer aquellas técnicas de la planificación más usuales por los mineros y directivos mediante el empleo de los ordenadores para la toma de decisiones y la realización de la planificación operativa en las explotaciones mineras. Nos limitamos a exponerlas sin entrar en unos detalles que se desarrollan, dentro de las asignaturas de cálculo numérico y de aplicaciones del ordenador a la minería. Lo que si resulta evidente es que la planificación y la toma de decisiones se lleva a cabo actualmete mediante las técnicas informáticas para lo que existen multiples programas que son analizados en el capítulo 43 y en el curso de “Evaluación y Planificación minera”.
La técnica de simulación La técnica de simulación, también llamada Investigación operativa, es un método científico
que consiste en inducir de unos hechos conocidos un cierto número de hipótesis, cuyas consecuencias se confrontan seguidamente con los resultados de las observaciones. (Pr. Lesourne). Las cuatro secciones que deben examinar sucesivamente los hechos objetos de la investigación son:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 1.- Análisis de los hechos o datos 2.- Construcción del modelo o discretización. 3.- Control de las hipótesis. 4.- Crítica y presentación de las conclusiones. En el caso de los proyectos o de los estudios mineros de viabilidad se parte, generalmente, de el establecimiento de una serie de modelos de planes mineros con una igual producción final, y actuando sobre las distintas combinaciones de áreas, bloques, niveles, cámaras o zonas diferentes, con unos beneficios u otros criterios diversos, se miden los resultados de cada alternativa para elegir la menos mala tras las comparaciones con los objetivos básicos.
El objetivo de esta técnica debe ser "To do the right things", "hacer las cosas buenas". La optimización o mejoramiento Del plan operativo, ya elegido, quizás realizado por la técnica de simulación anterior, se establecen nuevas variaciones de los subobjetivos y se valoran las mejoras obtenidas para intentar continuar por el camino óptimo o de mejora, de acuerdo con la medida de algún parámetro como la rentabilidad o el aumento de las reservas o de la vida.
Y aquí el objetivo final debe ser "To do the things right", "hacer las cosas bien". Siempre sin olvidar que, en algunas o muchas ocasiones y muy especialmente en la minería, lo óptimo puede ser enemigo de lo bueno, aunque solo sea porque se retrasan las decisiones o se utilizan
las optimizaciones para no tomar ninguna decisión.
El control de Proceso. Los sistemas expertos. Se trata de una moderna técnica operativa en tiempo real, que permite la actuación correctora y la toma de decisiones mecanizada y automáticamente que, por disponer de una información "directa" de las salidas y entradas del sistema que constituyen el proceso operativo de la empresa o del proceso, efectuan una autocorrección por aproximaciones sucesivas de tanteo y corrección. Es la aplicación en corto tiempo, quizás segundos, del conocido principio del "Trial and Error" o proceso del perro y su amo. Aunque ya se haya utilizado con gran éxito en las plantas de beneficio, está siendo introducida
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS en la propia explotación de aquellos yacimientos en los que es posible la automatización y mecanización, como en los casos del método "Longwall" en la minería de interior o en el método alemán de transferencia por rotopalas y cintas o en la explotación de fluidos por sondeos, así como en la mecanización de muchos de los servicios mineros como en la extracción por pozo o cinta, en el desagüe y en la automatización de la ventilación.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XI. LA ENERGÍA EN LA MINERÍA
Necesidades de Energía en la minería . Básicamente minería es aplicar alguna forma de energía a los procesos o técnicas necesarios para lograr extraer, transformar y transportar el mineral hasta el mercado. Por ello siempre es preciso aplicar alguna energía en cualquiera de las fases del proceso minero. a).
Para el arranque (Perforación, Voladura o arranque directo por medio de maquinaria).
b).
Para la carga (Excavadora, Rotopala, pala, etc.).
c).
Para el transporte tanto en horizontal como en vertical. (Interno, externo y exterior) (Trenes, volquetes, cintas transportadoras, tuberías, pozo de extracción, barco, etc.)
d).
Para los servicios (Desagüe, ventilación, accesos, mantenimiento, iluminación, control, transporte de personal y mandos, etc.).
e).
Para las plantas de beneficio (Trituradoras, molinos, celdas, electrólisis, fusión, transporte de residuos a los vertederos o presas).
¿Qué clase de energía se utiliza en la minería? ¿Cuánta? En el caso de la minería a cielo abierto en España, tras un análisis efectuado en un estudio y control, realizado a través de la Dirección General de Minas Central, cuyos resultados pueden observarse en el cuadro adjunto, el consumo y el coste energético era muy variado y la forma de energía más frecuente era la de gas-oil especialmente en motores Diesel, siendo muy baja la electrificación de la minería española, aunque era algo mayor en la minería subterránea. MÉTODO O SISTEMA
% electrico
% coste energía / coste total
CONSUMO ENERGÉTICO SEGÚN EL PROCESO
arranque
carga
transporte
servicios
CONTINUO
93,8
7,7
N.D.
N.D.
N.D.
N.D.
CONTINUO
74,5
14,1
N.D.
N.D.
N.D.
N.D.
CORTA
0
14,2
23,9
27,6
20,1
N.D.
CORTA
0
20,4
17,5
25,9
26,6
26,5
CORTA
8,3
16,1
8,8
11,9
20,1
19,1
CORTA
0
N.D.
N.D.
N.D.
N.D.
N.D.
CORTA
9.4
14,3
23,3
19,0
49,7
7,1
CANTERA
0
16,8
22,4
24,3
19,9
31,1
CANTERA
0
15,8
18,7
17,2
14,1
N.D.
CANTERA
0
15,8
19,9
17,2
15,1
N.D.
CANTERA
0
16,2
23,1
18,3
16,1
N.D.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS El Desarrollo histórico minero ha coincidido siempre con la aparición de las nuevas formas de Energía. En el período desde 1776 a 2000 se han utilizado preferente y combinadamente entre si las siguientes formas de energía:
Siglo XVIII -
Mano de obra y animales -> Hidráulica y madera -> Carbón.
Siglo XIX -
Vapor -> Aire comprimido -> Electricidad -> Explosivos.
Siglo XX -
Diesel -> Oleohidráulica y experimentalmente la nuclear.
Los procesos de mayor consumo energético son y han sido el transporte, la conminución y la reducción de los metales (Metalurgia). Así, por ejemplo, para producir un Kg. de Aluminio se necesitan 17 kw/h, para producir un Kg. de Cu se necesitan unos 12 kw/h, para un Kg. de Fe unos 3 kw/h y para extraer una tonelada de Carbón se precisan entre 30 y 40 kw/h. Por ello, el establecimiento de los sistemas energéticos que se van a utilizar en el Proyecto es uno de los capítulos más básicos de la Infraestructura de la Mina.
No cabe duda de que la minería es y será una de las actividades humanas que más energía consume y que por ello debe de ser uno de los factores del coste minero al que más atención debe dedicarse por parte del técnico responsable del proyecto de una mina. En la moderna filosofía empresarial de controlar y lograr una reducción de los costes de explotación, el consumo energético debe de ser considerado como uno de los factores a vigilar y muy especialmente en aquellos países en los que los costes diferenciales de la unidad de cada forma de energía es significativo. Es el caso de Sudáfrica en el que el carbón y la electricidad son baratos y el gas-oil es muy caro, por lo que las minas deben de electrificarse al máximo. Por el contario en Venezuela la tendencia básica es utilizar el ga-oil o el gas natural como la forma de energía prioritaria.
Fuentes de Energía La minería ha sido siempre una industria pionera en el uso de las nuevas fuentes de energía. Por ser una industria altamente consumidora de energía y en formas muy variadas siempre se ha visto obligada a adaptarse a aquellas fuentes bien clásicas o a las más recientes que permiten un menor coste energético o una mayor mecanización y automatización para mejorar la productividad y el coste global de la operación. Las fuentes de energía que se pueden utilizar en la minería son las siguientes:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS T * *
Primarias
* * R
Gravedad Mano de obra Animales Madera Hidráulica Carbón
FUENTES DE ENERGÍA T * *
Secundarias
* * * R
Vapor Electricidad Aire comprimido Hidrocarburos (Diesel) Oleohidráulica Química (explosivos) Atómica (voladura)
Coste de la energía En la moderna Minería a Cielo Abierto actual el costo energético debe de suponer entre un 15 y un 25% del costo operativo total. En el caso de la minería subterránea el consumo puede y debe de ser mayor específicamente, aunque en el capitulo de los costes representa un porcentaje menor por la mayor incidencia del coste del personal, debido a la menor productividad y un menor grado de mecanización. La mayor ventaja de los procesos o sistemas continuos, como los Sondeos, está en la mayor mecanización y con ello una mayor influencia del coste energético, especialmente en el trasporte por tuberías o ductos.
Un factor esencial en el coste final de la energía en la operación minera es el tipo de contrato establecido con la empresa suministradora o la posibilidad de recuperar el valor energético del mineral en la bocamina en las minas de combustibles o piríticos, lo que debe ssr establecido con fórmulas de contratos a largo plazo con las empresas suministradoras de Energía, como Eléctricas, Refinerías o vendedoras de gas.
Históricamente, el coste de la energía en la mina en casi todas sus formas, fue menor pero ha aumentado exponencialmente desde 1973. Hoy, por ello, la tendencia es, al menos en la minería, hacia el ahorro energético, con una clara preferencia hacia la electricidad por permitir un control energético optimizado, a través de la automatización que en la Minería a cielo abierto puede llegar a alcanzar un consumo de un 90% en forma eléctrica. Actualmente en el caso de la minería española la media de electrificación es menor de un 10%, con un 70% Gasoil Diesel, porque el
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS costo diferencial de la electricidad es superior al de los hidrocarburos, además de la agilidad que supone el motor diesel en cuanto a su flexibilidad y autonomía.
La energía como medida del grado de tecnificación Precisamente el tipo y la cantidad de energía consumida en una explotación puede permitir una cierta medida del grado de la tecnificación, que viene a ser su nivel de automatización y de mecanización y con ello de su productividad. Nos permitimos proponer la siguiente clasificación del grado de tecnología según el tipo dominante de la energía empleada, en el supuesto de que realmente se utilizan varias de ellas en los diferentes procesos mineros.
Grado de tecnificación NIVEL
Tipo predominante de energía
Bajo -
Mano de obra y animales, carbón y vapor.
Alto -
Electricidad, Oleohidráulica y gravedad
Media -
Hidrocarburos, aire comprimido y explosivos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XII. EL AGUA EN LA MINERIA Dentro del concepto del agua en la mineria es conveniente separar y diferenciar dos aspectos: 1) El agua como una necesidad y por tanto un imput de la infraestructura 2) El agua como un problema técnico a resolver. 1) El AGUA como necesidad es un input necesario de la infraestructura minera. El agua es un mineral que consume la sociedad y como tal la misma minería en cantidades importantes. La minería metálica consume entre 1-4 m3 /t. de mineral tratado, según exista o no la recuperación del agua. (Hoy es obligatoria). Especialmente el proceso mineralúrgico es un fuerte consumidor a menos que el diseño prevea la recuperación y retorno de las aguas del proceso, obligatorio para evitar la posterior contaminación de los cauces públicos. La Minería a Cielo Abierto para el riego y mantenimiento de pistas, bancos y zafras alcanza hasta unos 200 l/hombre/día igual al consumo medio diario de una persona en una sociedad desarrollada. En Madrid se consume como media 300 l/persona/día que equivale a unos 500 Mm3 /año. La mina de Riotinto para una producción anual de 6Mt de Mineral de Au y Ag y 9 Mt de Mineral de Cu necesit unos 20 M.m3 de agua, a pesar de una fuerte recuperación y por contra de una elevada evaporación por metro cuadrado. El Agua, puede ser, tambien, portadora de algunos valores mineros solubles, pudiendo llegar a alcanzar un aprovechable contenido en ciertas sustancias minerales (Cu, Au, Ag, U, Sales, etc,) que pueden contaminar y al mismo tiempo perderse en el recobro minero. Esto por si solo nos obliga a un gran control de los efluentes liquidos, para evitar unas perdidas valiosas. 2) El AGUA como problema es un output que debe utilizarse como una salida y que crea inevitablemente los siguientes y diferentes problemas. 1.
Técnicos . Dificulta el trabajo; produce barro y baches en las pistas, cámaras, bancos, niveles de transporte y en caminos.
2.
Seguridad. El Agua en cabeza o por encima del nivel de trabajo puede llegar a perjudicar notablemente la producción y afectar a la siniestrabilidad y con ello disminuye la seguridad en el trabajo.
3.
Geomecánico. Crea una cierta inestabilidad en los techos de las cámaras y en los taludes, pudiendo afectar al propio diseño y tamaño de los taludes y de las cámaras.
4.
Económico. Existe un cierto costo del Desagüe y del Drenaje, que en algunas ocasiones es uno de los mayores problemas. La Potencia necesaria es igual a la altura por el caudal y el coste minero de la energía
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La mina de Puentes de Garcia Garcia Rodriguez en Galicia Galicia recibe más de 2000 l/m2/ /año y ello ello le obliga a desaguar entre 13 y 15 millones de m3 con una potencia instalada de 10.000 10.000 KW. Andaluza de Minas en Granada desaguaba más de 10 millones de m3 . que servian para para el regadío de la la vega de Guadix. La mina de Reocín en Santander desagua casi casi 7 Millones de m3 por año con el consiguiente costo para una producción de tan solo 1 millón de toneladas de mineral por año. La precipitación media en España es de unos 700 l/m2 y la media de filtración filtración es de un 20%, que se almacena al macena en la roca del subsuelo hasta el nivel freático, dependiendo de aquellas condiciones geológicas y topográficas de la zona. Esto representa representa al menos un aporte de 140 l/m2 /año, además de la parte de la escorrentia que no hayamos impedido que llegase al hueco de la explotación.
SITUACION DEL NIVEL FREATICO EN UNA EXPLOTACION
La solución minera ideal es:
*
1)
Equilibrar el balance hidrológico. El consumo igual a la producción o desagüe.
2)
Aprovechar el agua como un mineral o como un útil de trabajo.
3)
Creación de stocks: Presas de agua, que las regulan temporal y espacialmente para acumular y guardar los excedentes de un período para las épocas de sequía de otro.
4)
Depuración Depurac ión del agua contaminada para su venta exterior a ciudades, otras plantas e industrias, como para la agricultura, ganadería o la pesca, forestal u otras aplicaciones.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Las soluciones prácticas son: Un plan de actuaciones recomendado para la defensa contra los problemas creados por el agua en una explotación minera puede ser el siguiente: 1º.
Estudio Hidrológico y piezométrico de la cantidad y de la calidad de las diferentes clases de agua. PREVISION
2º.
Establecer canales de guarda y desviación exterior de la zona minera para proteger la futura explotación. DEFENSA
3º.
Drenaje de los taludes y zonas minadas interiores por medio de sondeos, galerías y túneles. ADELANTAMIENTO
4º.
Desagüe de los excedentes hacia los canales y las presas de regulación y control, exteriores al yacimiento actual y futuro, evitando los cortocircuitos. CONTROL
DESAGÜE EN MINERIA DE INTERIOR
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Las Aguas Subterráneas en una explotación minera pueden ser: 1º.-
Según los caudales en la mina que varian entre:
2º.-
pequeño - menor de 10 m3 /h. * mediano Caudal - entre 10 y 1000 m3 /h. - mayor de 1000 m3 /h. R fuerte Las aguas subterráneas se pueden encontrar en: T
-
El Manto freático (poros,grietas y fisuras) a una profundidad entre 0 y 50 mts.
-
Aguas profundas o debajo del nivel del mar.
-
Cavernas. Minados antiguos con aguas colgadas.
-
Rocas conductoras. Diques o capas impermeables.
MINERIA OFF-SHORE.
Es preciso, pues, determinar bien la velocidad de filtración en la zona a explotar en profundidad durante la realización del estudio hidrologico previo. 3º.-
La composición o calidad del agua de las minas pueden ser: -
Aguas Termales (600-900 mts) con temperaturas entre 40/50ºC.
-
Aguas con un pH bajo que necesitan ser tratadas con cal apagada.
-
Lejías (minas salinas).
-
Con una calidad aceptable para su uso directo bien industrial o doméstico.
-
Con una calidad tras su tratamiento en una planta depuradora.
-
Con un contenido mineral recuperable en las plantas de proceso.
-
Con calidad para su venta como agua mineral embotellada
SISTEMAS DE DRENAJE Y DESAGÜE EN M.C.A.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XIII. LA IMPLANTACIÓN MINERA. ESQUEMAS O LAY-OUT Dentro de los problemas a resolver en el diseño de la infraestructura de una mina figura con gran trascendencia de futuro el de la implantación de las plantas, de los servicios y de los accesos necesarios para la buena operación minera. Podemos definir como implantación o Lay-out a la disposición espacial o distribución de las instalaciones alrededor de la explotación minera bien de cielo abierto, bien de interior o por sondeos. La implantación minera viene condicionada fundamentalmente por la ubicación y situación topográfica del yacimiento a explotar. A diferencia de otras industrias que pueden ser ubicadas o instaladas cerca del mercado o en lugares alternativos, las instalaciones mineras deben implantarse a "bocamina" y por tanto bien próximas al yacimiento. Sin embargo, dentro de las instalaciones necesarias para la explotación existe un importante problema como es el lograr una correcta distribución de las instalaciones, a efectos de ocupar el menor espacio y que tiene una duración que debe contemplar las futuras expansiones de la explotación, sin estorbarlas por encontrarse sobre zonas mineralizadas, como ha ocurrido con frecuencia, especialmente con los poblados, cementerios e iglesias, que han tenido posteriormente que ser derribados por las ampliaciones de las cortas o por la subsidencia de las minas de interior. Es recomendable, en esta fase del diseño, la realización de sondeos negativos que demuestren claramente que no hay mineral en profundidad. NECESIDADES DE INSTALACIONES MINERAS: El conjunto de las instalaciones, de mayor o menor envergadura según el tamaño y categoría de la mina, pero todas necesarias son: 1.
LA PROPIA EXPLOTACIÓN (corta, subterránea o campo de sondeos).
2.
LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO o Procesamiento del mineral con sus laboratorios.
3.
LOS TALLERES (Mecánicos, estación de servicio, eléctricos y móviles).
4.
LOS ALMACENES Y POLVORINES.
5.
LAS OFICINAS Y LAS COMUNICACIONES. Centro médico
6.
LOS ACCESOS GENERALES. LAS VÍAS Y PUERTOS. FERROCARRILES. *
7.
LOS VERTEDEROS Y PRESAS DE RESIDUOS.
8.
ABASTECIMIENTO ELÉCTRICO. Central o conexión. EL ABASTECIMIENTO
9.
EL ABASTECIMIENTO DE AGUA. Pozos o presas.
10.
LOS POBLADOS Y RESIDENCIAS DE TÉCNICOS Y OBREROS.
* *
*
*
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS ALTERNATIVAS POSIBLES Dentro de los posibles esquemas mineros existen tres clases de implantaciones, de acuerdo con la utilización conjunta o no de las instalaciones por una operación o por varias: 1.- Monomina -
Es la explotación independiente, aislada o separada de otras explotaciones, por lo que deberá tener toda su propia infraestructura de servicios. Era el clásico y antiguo concepto en el que se repetían, en cada mina, las instalaciones sin aprovecharse el efecto de vecindad o proximidad.
2.- Polo o cuenca -
Es un esquema más avanzado en que una implantación común da servicios, trabajos, control y suministro a varias explotaciones de una cuenca minera. Un mismo y único concentrador o planta de tratamiento puede recibir minerales de todas las minas situadas en un radio de acción. Es el caso de Boliden en Suecia, en que las plantas y servicios comunes alcanzan a las explotaciones hasta una distancia o radio de unos 50 Kms.
3.- Combinado -
Son las grandes instalaciones mineras que contienen no sólo la explotación y el mismo tratamiento del mineral, sino la utilización posterior del mineral en las industrias transformadoras como Centrales térmicas, Refinerías, Siderúrgicas, Fundiciones, Electrólisis, etc. Son los casos más grandes y modernos de Kuwait, Cartagena, Maracaibo, Rusia, Endesa, Río Tinto, Carajas (Brasil), El Teniente (Chile), etc.
REFERENCIA DE CASOS: Ver las figuras adjuntas. RÍO TINTO FABERO BERGA FILA MAESTRA PROYECTO SALAMANCA NEVES CORVO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Plantade
Oroyplata Oroyplata
Oficinas Planta de
Cal
Espesador de
Gossan
Almacén de
Mineralfino
Subestacion
Electrica
Tanques Moliendayflotaciondecobre
Agua
Laborator io
Espesadores de
Cobreypirita
TallerPlanta
Trituradora
Secundaria
y
Almacén gen eral
Terciaria
Stockde
Cobre
Pista.....................
TallerMina
Almacén mina
Trituradora de Trituradora Gossan de Cobre
Vestuarioy
Botiquin Stockde
Gossan
EstaciondeServicip
Vertederos
ExplotacióndelaMina
PistaRealdelaMina
Módulo4 Módulo 1
Módulo 2
Módulo3
IMPLANTACION DE MINA DE COBRE, ORO Y PLATA EN RIOTINTO
Es el caso de una explotación combinada de metales no ferreos y de preciosos, así como de minerales complejos polimetálicos con una capacidad de unos 25.000.000 t por año, con todo el conjunto de infraestructura necesaria de viviendas, talleres, almacenes, plantas de tratamiento por flotación e hidrometalugia, carreteras y accesos, presas de agua y de residuos, subestaciones eléctricas, oficinas, escuelas, etc, que desde hace 3.000 años explota una cuenca compuesta de diferentes yacimientos más o menos integrados según el momento y la empresa explotadora.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
IMPLANTACION DEL PROYECTO DE LA MINA SALDES EN BERGA
Caso planteado por la Generalitat de Cataluña para la explotación de una concesión recientemente investigada en la cuenca de lignitos de Berga, pero bastante separada de la actual y antigua zona de minas y por tanto requiriendo unas mínimas instalaciones. Contiene las necesarias para mantener la autonomía de la explotación tales como oficinas y vestuarios, botiquín, almacenes, accesos por planos inclinados, lavadero completo y estación de carga y control para el envio del mineral hasta la central térmica situada a 30 km de distancia.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
IMPLANTACION DE LA INFRAESTRUCTURA DE LAS AREAS DE CIELO ABIERTO E INTERIORY DE LAS PLANTAS DE LAVADO Y ACCESOS EN LA CUENCA DE FABERO.
Caso planteado por la Junta de Castilla y León para la planificación de un posible Coto minero en la cuenca leonesa de Fabero, en el que se integrarían en un solo polo las siete pequeñas compañias y poder utilizar en forma común y racional tanto las concesiones como las nuevas instalaciones, repartiendose la zona en áreas de exploaciones integradas de cielo abierto y áreas de minería de interior, con servicios comunes de trasporte, ventilación, lavaderos, accesos y presa de residuos y un solo producto final para ser enviado a la Central Térmica de Compostilla bien por FFCC o por un mineroducto.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
IMPLANTACION DEL `PROYECTO DE MINA DE CARBON EN FILA MAESTRA EN VENEZUELA
Caso de una implantación primaria en un proyecto de mina de carbón a cielo abierto en el Norte oriental de Venezuela para producir unas 250.000 t anuales con un ratio de 10 m3 /t en la explotación por terrazas de una larga cadena montañosa con capas de carbón en contraladera. Las instalaciones se ubican en la parte baja y central de la corrida y recibirá los carbones para su trituración y homogeneización antes de ser llevados a Puerto de la Cruz desde los diferentes módulos de la mina, siendo parte esencial de la infraestructura el control de la calidad de los diferentes carbones de lasmúltiples capas o paquetes para su mezcla y limitación del contenido de Azufre. Además de las oficinas, laboratorios y las plantas de trituración cabe destacar la ubicación de las presas de agua y de residuos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
INFRAESTRUCTURA DE INTERIOR EN NEVES CORVO
INFRAESTRUCTURA EXTERIOR EN NEVES CORVO
Caso de la mina subterránea más reciente y rentable de la Comunidad Económica Europea en la zona de la faja pirítica portuguesa para la explotación de un rico yacimiento de polimetálicos con un capacidad anual superior a los 1.500.000 t para producir concentrados de cobre y estaño para su posterior envio a las fundiciones europeas. Cuenta con todas las instalaciones necesarias de una mina moderna, incluso un ferrocarril para llevar los concentrados al puerto de Setubal, en donde cuentan con embarcadero propio de contenedores. Además de la infraestructura de interior y de las necesidades de exterior, presas, accesos, residencias, etc. cuenta con viviendas para técnicos y obreros en el pueblo próximo de Castro Verde.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XIV. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN La determinación del método y el sistema minero, es una parte integrante del proceso de la tecnología para lograr una correcta elección de los equipos. Así, los criterios básicos que definen el método y el sistema de explotación y que a su vez condicionan la selección de la maquinaria o equipo son: CARACTERÍSTICAS DEL YACIMIENTO
CONDICIONES DEL ENTORNO
PARÁMETROS DE LA EXPLOTACIÓN
MÉTODO MINERO SISTEMA DE EXPLOTACIÓN SELECCIÓN DEL EQUIPO O DEL PROCESO
En la publicación de "Factores Geomecánicos que influyen en la selección de equipos de Arranque en Minas y Obras Públicas", editada por el IGME en 1987, se definían estos criterios como: Condiciones del Entorno
Parámetros de la explotación
Altitud
Límites de propiedad
Temperatura
Dimensiones de la excavación
Precipitaciones
Alturas de banco y anchura de
Vientos
pistas, caminos y bermas
Tipo de terreno
Organización del trabajo
Accesibilidad
Ritmo de producción
Infraestructura
Selectividad minera
Disponibilidad mano de obra
Vida del proyecto
Talleres/almacenes o bases
Disponibilidad de capital
de distribuidores de maquinaria
Programa de Restauración de
Proximidad a áreas habitadas
terrenos afectados por la mina
Pero las características del yacimiento y su relación con la superficie son los condicionantes que imponen el método minero que definimos como el conjunto de sistemas, procesos y
máquinas que, en una forma ordenada, repetitiva y rutinaria, extraen el mineral del yacimiento. En principio tan solo existen, actualmente, tres métodos en su sentido más amplio, que son:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
La minería a cielo abierto (MCA) La minería subterránea y La minería por sondeos 1. CONCEPTOS BÁSICOS. CONSIDERACIONES GENERALES El método de la minería a cielo abierto (MCA), también llamada minería superficial, viene definido como el conjunto de las operaciones mineras, que son precisas para llevar a cabo la extracción de las rocas y minerales desde la superficie , creando los necesarios huecos y excavaciones en el terreno. El método de minería subterránea o de interior viene definido por el acceso a través de pozos o galerías u otro tipo de labores o excavaciones en el interior, que den lugar a la extracción de la masa, capa o filones sin necesidad de mover el recubrimiento a techo o muro de la formación. El método de explotación por sondeos lleva a cabo la extracción de la sustancia mineral por la ejecución de una serie de barrenos a techo de la formación para provocar, mediante una depresión o por bombeo, la salida del fluido bien por la propia presión de este o por la gasificación, liquefacción y/o activación del mineral. En función de las características del yacimiento, la explotación de un depósito mineral incluye el descubrimiento, movimiento y transferencia del estéril y la extracción, propiamente dicha, del mineral, todo ello mediante la ejecución de los pozos, sondeos, galerías, taludes, bancos, túneles, rampas, caminos de acceso, deposición de los residuos no vendibles y modernamente la restauración de los terrenos afectados por cualquiera de las fases de la operación minera. También deben incluirse otros aspectos de la operación, cada día más importantes, como pueden ser las labores de infraestructura y preparación del depósito, los trabajos para asegurar la estabilidad de los huecos, sondeos y vertederos, la conservación y el aprovechamiento de los recursos naturales y de las estructuras próximas, la planificación y diseño de los trabajos y el mantenimiento y conservación de la maquinaria e instalaciones necesarias para efectuar todas las operaciones mineras.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Todas estas fases operativas están interrelacionadas y deben ser llevadas a cabo en una
secuencia iterativa definida de tal modo que aseguran en todo momento la disponibilidad de unos frentes o tajos para extraer el mineral en la cantidad y la calidad, con alta productividad, seguridad e higiene y con menor costo operativo para lograr la óptima explotación de los recursos minerales del yacimiento. Esta secuencia iterativa e interrelacionada en tiempo y espacio
que desarrolla las operaciones dentro de los límites del yacimiento o cuenca minera es definida como sistema minero . Tecnología minera es el conjunto de los métodos, las técnicas, los procedimientos y la cultura empresarial que permiten la utilización de aquellos medios, máquinas y procesos disponibles en un momento y lugar determinados para lograr la mejor y más económica extracción de las sustancias minerales que deben abastecer a la sociedad. Las principales operaciones técnicas son aquellas que logran un cambio cualitativo del material trabajado, tales como una modificación del estado de agregación que de forma natural tienen en la superficie terrestre o bien su cambio de localización. Básica y sintéticamente el objetivo de la minería es el arranque del mineral del lugar en que se encuentra por su formación geológica y el transporte del producto final transformado y convertido en sustancia vendible hasta el lugar de su utilización. El resto de las operaciones, auxiliares que no secundarias e incluso, en ocasiones, son tan importantes como las básicas, tienen por misión hacer posibles el trabajo de las unidades operativas de arranque y transporte. Por tanto la exploración, el muestreo y los análisis químicos, la perforación, la ventilación, sostenimiento, trituración y la molienda, el mantenimiento y el control son otras partes del sistema minero, cuyo objetivo esencial es contribuir eficientemente a satisfacer una verdadera necesidad social de abastecimiento de minerales en unos mercados determinados que compensan todo el proceso minero a cambio de una remuneración o precio adecuado para una demanda continuada en el tiempo. La MCA, que representa más de la mitad de la producción minera mundial, es practicada modernamente de una forma mecanizada, tanto en sus operaciones básicas como en las auxiliares. La explotación por sondeos por su economicidad y continuidad viene a representar, sin contar la extracción del agua subterránea, del orden de un 25% del tonelaje extraído y la minería
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS por métodos subterráneos representa, hoy en día, tan solo un 10-15% para aquellas sustancias tan valiosas que sean capaces de pagar una tecnología tan difícil, peligrosa y cara. Cualquiera que sea el método empleado o elegido, debe de ser realizado a través de unos sistemas mecanizados más o menos automatizados e integrados, por lo que el verdadero arte de la tecnología minera está, actualmente, en la adecuada elección, planificación, diseño y operación de la maquinaria disponible dentro de la amplia oferta existente en el mercado. Los medios de mecanización de las unidades de producción deben primeramente corresponder a las propias características geomecánicas de aquellos materiales a manejar y también a la fiabilidad global del sistema integrado y a la obtención de una larga duración o vida en unas condiciones generalmente difíciles e incluso extremadamente duras. Los gigantescos volúmenes de mineral y estéril que modernamente se mueven o extraen a cielo abierto, hacen necesaria la correcta selección de la maquinaria cuyas capacidades, dimensiones y potencia deben constituir un sistema armónico y equilibrado para obtener una eficiente, continuada y económica extracción del mineral. 2. CLASIFICACIÓN DE LOS YACIMIENTOS MINEROS EXPLOTABLES Como se avanzaba en la introducción, los minerales extraídos de la corteza terrestre, son utilizados por aquellas industrias que permiten una subdivisión en: Minerales energéticos Minerales metálicos Minerales industriales Rocas para la construcción. En casi todos ellos prácticamente, la utilización de los métodos de minería a cielo abierto es superior al 50%, llegando, cuando son abundantes y baratos, a constituir prácticamente el 100%, como ocurre con el grupo de los materiales para la construcción. En los EE.UU. un 85% de los minerales (sin incluir el petróleo y el gas natural) son extraídos a cielo abierto, y tan solo un 15 % por minería subterránea. Siguiendo la clasificación soviética expuesta por el Profesor Rhzevsky en sus libros de Minería a cielo abierto, pueden establecerse los siguientes tipos de yacimientos mineros:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Desde un punto de vista morfológico los yacimientos mineros pueden ser clasificados por sus características geométricas en:
Isométricos - Depósitos masivos con unas dimensiones más o menos similares en todas las direcciones, con unos elevados potenciales de recursos. Son los casos de las canteras de rocas, graveras de áridos, grandes minas de hierro, depósitos de bauxita, etc.
ISOMÉTRICO, MONTAÑOSO Y MASIVO
Horizontes o capas - Depósitos que son preferentemente extendidos en dos de las dimensiones y en general con unas relativamente limitadas reservas. Son los casos de los yacimientos de carbón, fosfatos, sales, Bauxita, Petróleo, etc., generalmente unas estructuras de una sedimentación tranquila y regular.
SEDIMENTARIOS PARALELOS A FAVOR Y EN CONTRA LADERA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Pipas, filones o estructuras columnares que se extienden en una sola dirección preferente, generalmente la vertical, y con un limitado volumen de recursos. Son los casos de los filones de metales preciosos, de rocas industriales y de algunos minerales metálicos muy ricos, con una mayor o menor potencia. Generalmente son unas COLUMNAR Y PROFUNDO
formaciones con una génesis de tipo hidrotermal y con una tectónica muy accidentada.
Complejos, cuando el depósito tiene dislocaciones geológicas que lo doblan con sinclinorios y anticlinorios sucesivos.
ESCAMAS TECTÓNICAS
Estructuras intermedias de las anteriores, como lentes, escamas, filones, doblados, fallados o tectónicamente complicados. Existe una variada
re
presentación
de
combustibles, metales o minerales industriales en estructuras cada vez más difíciles y complejas con unas génesis mixtas de hidrotermalismo, tectónica y metamorfismo.
VARIOS
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Con relación a la superficie o al relieve topográfico de un depósito, los yacimientos pueden clasificarse o subdividirse en: 1)
Llanos
2)
Inclinados en colina
3)
Montañosos
4)
Bajo el agua (aluvial y submarina)
SUPERFICIAL
YACIMIENTO BAJO EL AGUA
YACIMIENTO EN LADERA
La relación entre la superficie topográfica y la morfología del depósito determina el método minero y las posibilidades de una mayor o menor mecanización. La posición relativa entre el depósito mineral y la superficie en cuanto a su profundidad permite clasificar los depósitos en:
Yacimientos superficiales, que afloran o que están a una profundidad pequeña (hasta 30/50 m). Puede definir la llamada minería superficial o "surface mining".
Yacimientos profundos , que aflorando o no, se extienden, para la mayor parte de sus reservas, a unas profundidades superiores a los 50 m y que pueden llegar hasta los 800 m. Es la denominada minería a cielo abierto u "open pit mining" o requiere el uso de la minería subterránea. Para más de 3 000 m de profundidad hay que pensar en minería por sondeos
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS También puede clasificarse los yacimientos por su situación sobre el nivel principal de la
topografía como: Yacimientos de montaña, que están localizados por encima del nivel del principal acceso topográfico. Yacimientos subterráneos, aquellos localizados mayoritariamente por debajo del nivel principal de acceso del transporte, lo cual es definitorio del tamaño y de la facilidad tecnológica de los medios del transporte principales de extracción del mineral y de la situación de los vertederos. Otra posible clasificación de los yacimientos mineros es por el ángulo de buzamiento de la masa o del filón como:
Suaves, cuando buzasen menos de unos 10º aproximadamente. Inclinados cuando buzasen entre 10º y 30º Fuertemente inclinados cuando se inclinen entre 30º y 60º Verticales con un buzamiento entre 60º y 90º
FORMAS DE LOS YACIMIENTOS O DEPÓSITOS CON RELACION AL BUZAMIENTO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS En cuanto a las dimensiones del depósito que más adelante se relaciona con el ritmo de explotación podemos clasificar a los yacimientos en: SUPERFICIE EXPLOTA2BLE en km
PROFUNDIDAD En m
0.4
20-40
0.4 - 2
40-100
2.5 - 6
VOLUMEN6 TO3 TAL EN 10 m
TAMAÑO
VIDA En años
Pequeño
10
40-100
Mediano
10-25
100-200
100-500
Normal
25-30
4 - 20
100-250
500-2000
Grande
30-60
10 -40
200-800
2000-10000
Gigante
60-100
10
TABLA DE CLASIFICACIÓN DE LOS YACIMIENTOS POR SUS DIMENSIONES
Otro criterio de clasificación, cada cada día más importante desde el punto de vista de los posteriores
procesos de concentración concentración mineralúrgicos, es el siguiente: Depósitos simples, caracterizados por la homogeneidad de la estructura y la uniformidad y seguridad de las leyes del mineral o de la roca.
Depósitos complejos , que contienen o pueden contener unas diferentes sustancias recuperables, con gran heterogeneidad de materiales rocosos, y con unas fuertes variaciones en las leyes de los minerales.
Depósitos diseminados , que pueden tener una complicada estructura y una distribución más o menos aleatoria del contenido recuperable y obliga a una fuerte minería selectiva así como a una muy difícil concentración mineralúrgica. Tipo "Stockworks" Desde otro punto de vista, de alta importancia para la elección del sistema operativo continuo o
dificultad minera minera de las las rocas discontinuo se pueden clasificar los yacimientos por el tipo o dificultad predominantes en: -
Yacimientos con mineral y estéril de carácter ígneo o metamórfico, ambos compactos y duros. Es necesaria una minería convencional de perforación y voladura como sistema de arranque de los materiales.
-
Depósitos con recubrimiento blando o sedimentario y la roca o mineral compacta y dura. Es posible una minería continua en el estéril y discontinua en el mineral.
-
Yacimientos con rocas de estéril y de mineral blandas en una parte y duras en otras. Necesidad de una minería mixta con diferentes sistemas de arranque para cada parte.
-
Yacimientos con estéril y mineral blandos. Posibilidad de una minería continua y un arranque directo para ambas clases de materiales.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XV. CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE CIELO ABIERTO Por las lógicas y naturales diferencias que imponen sus características estructurales y sus aplicaciones podremos establecer las varias clases de materiales que darán lugar a una primera selección de los submétodos clásicos de la minería a cielo abierto (MCA), así como su más frecuente denominación internacional: -
Rocas para la construcción y ornamentación : CANTERAS (Quarry).
-
Rocas con contenidos en metales o depósitos masivos de minerales metálicos.(Fe, Cu,. Pb, Zn, Piritas, Ni) - CORTAS (Open Pit).
-
Yacimientos sedimentarios superficiales(Carbones, lignitos, bauxitas, fosfatos, etc.)Desmonte por transferencia o por DESCUBIERTAS . (Strip-Mining)
-
Placeres sedimentarios hidráulicos (Au, Sn, W, Diamantes,) MINERÍA HIDRÁULICA. Dragado con agua y/o seco. (Dredging).
-
Rocas solubles(U,Au,Sal,Cu,S,) Disolución y precipitación. LIXIVIACIÓN. (Leaching).
En el primer tipo, las canteras que es probablemente el que representa el mayor volumen en conjunto de la minería mundial, si bien las unidades de explotación son pequeñas, están incluidas aquellas explotaciones de las masas rocosas, en las que, prácticamente, no existe un recubrimiento de estéril ni tampoco una posterior concentración del material. Estas son, por ejemplo, las explotaciones de calizas para las fábricas de cemento, para los abastecimientos de las plantas plantas metalúrgicas o para las obras públicas, como por ejemplo; las explotaciones de áridos, yesos, granitos, mármoles, piedra para construcción y hormigonados, etc. El objetivo básico en esta pequeña minería es conseguir, fundamentalmente una granulometría vendible y su mayor condicionamiento económico es la distancia al mercado. No existen graves problemas de reservas ni de leyes, pero su dispersión y la competencia son muy grandes y su tecnología también pequeña. En el segundo tipo, las Cortas, están incluidas aquellas explotaciones profundas de minerales de hierro, cobre, pirita, plomo y zinc, mercurio, oro, níquel, etc., de una formación genética vertical, y en las que normalmente se precisa una cierta selección previa del mineral en su extracción que origina un movimiento y arranque de grandes tonelajes de material estéril y que requiere requiere el empleo de unos unos adecuados sistemas de concentración posterior de la mena, así como, más recientemente, en la minería de las capas de carbón con fuertes pendientes. Se caracterizan
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS por un fuerte ritmo de explotación, una siempre difícil selectividad y unos graves condicionamientos por la concentraci concentración ón posterior. Esta minería abarca desde aquellas explotaciones con una baja producción de unos cientos de toneladas por día, hasta aquellas otras en las que se arrancan más de 100 millones de toneladas por año como las famosas Binhgam Canyon en Utah, Chuquicamata y Escondida en Chile y Krivoi en U.R.S.S. En el tercer grupo, las Descubiertas, están incluidas aquellas explotaciones de yacimientos sedimentarios, en general, más bien horizontales, en las que la potencia y calidad del mineral exige, tan sólo, la existencia de dos bancos de explotación, uno en estéril, que es removido por una sola máquina y el otro con la altura de la capa de mineral a arrancar, que es minada por otras máquinas más pequeñas y convencionales. La característica básica de este método está en el buen aprovechamiento del hueco producido en la misma extracción como vertedero de la fase siguiente. Su empleo en las rocas blandas ha permitido un gigantismo y automatización muy notables, junto a una reconstitución del terreno tras la minería, verdaderamente admirable. Algunos ejemplos de este submétodo son: las grandes explotaciones de carbones en Estados Unidos, de los lignitos en Alemania y Grecia, de los fosfatos en Florida y Marruecos, de la bauxita en el Caribe, etc. Constituye, este tercer tipo, uno de los mejores ejemplos de aplicación del automatismo y de la continuidad en la minería y es, precisamente, en donde pueden encontrar aplicación aplicación las las mayores máquinas de arranque y transporte que hoy existen en el mercado mundial de maquinaria minera. Los placeres, que se explotan, en general, por Minería hidráulica, de minerales pesados y preciosos concentrados, que fueron generados hidráulicamente por la naturaleza, constituye un método simple y barato de extracción y concentración en una sola unidad, que es, generalmente, un barco-draga barco-draga con una cabeza giratoria de cangilones que procesa el material económico en una planta de concentración situada sobre el propio barco. El residuo de la concentración es devuelto al lago como relleno, de forma que el agua se desplaza con la explotación. En aquellos casos de no disponer de agua se puede emplear el método clásico de Dragalinas o de una maquinaria más convencional. El mayor interés de este método de minería está en su aplicación experimental a la explotación de los profundos fondos marinos en la plataforma continental o en los fondos abisales.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La minería por disolución o lixiviación consiste en la aplicación de unos procesos químicos de disolución de ciertas substancias para una posterior precipitación físico-química y ha dado lugar en todos los tiempos a explotaciones mineras a cielo abierto como han sido las salinas al borde del mar o más modernamente modernamente la explotación de salmueras por disolución bien a cielo abierto o por el método de sondeos desde la superficie. El clásico método de lixivación del cobre en la minería onubense -ya empleado por los árabes- ha sufrido un crecimiento tecnológico que ha permitido y permitirá la extracción de los minerales marginales muy rentable. Pero el mejor ejemplo de la minería química o por disolución lo encontramos en las modernas explotaciones de Uranio por riego con aguas ácidas que supone un gran porcentaje de la producción mundial; así como las explotaciones en eras o depósitos de unos minerales con bajo contenido en cobre, oro y plata a base de regar con unas soluciones ácidas ácidas o cianuradas. Finalmente los llamados métodos mixtos que son aquellos que combinan alguno de los submétodos anteriores entre sí o con la minería subterránea o con sondeos, aprovechando las ventajas de cada uno de los métodos en el mismo espacio y tiempo. En cuanto al ritmo de explotación y de acuerdo con la clasificación del "Mining Magazine" podemos establecer el tamaño, como fijábamos en el tema 5, en función del movimiento de tonelaje anual de estéril más mineral en la siguiente tabla: Tamaño
Capacidad anual en T. de estéril más mineral
Pequeño
-----------
menor de 1.000.000
Mediano
-----------
entre 1 y 5 millones
Normal
-----------
entre 5 y 25 millones
Grande
-----------
entre 25 y 100 millones
Gigante
---------------
mayor de 100.000.000 millones
Dentro de los métodos más habituales que denominamos convencionales destacamos las principales características, que son complementadas individualmente en los siguientes temas.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
La Cantera: Es una explotación superficial (menos de 50 m), con un solo banco o con pocos en una pequeña área, sin necesidad de tener que descubrir el material explotable por aflorar y por tanto con muy bajo o nulo ratio de estéril/mineral. El ritmo de producción es, en general, pequeño y marcado por las necesidades de unos mercados muy próximos. Normalmente las características físicas y granulométricas, más que las químicas del producto vendible marcan el precio de venta, que es muy bajo, salvo en el caso de las rocas ornamentales. Se subdividen en canteras de rocas para la construcción y canteras de rocas ornamentales. Es probablemente el método minero más abundante, pero al mismo tiempo con unas producciones unitarias más pequeñas sin unos grandes problemas de vertederos, pero muy importantes de restauración. Como cuanto mayor es la cantera, más sencillo es resolver los problemas de restauración tauración ambiental y una mayor saturación de los equipos mineros de proceso, y esta es la razón por la que existe una lógica corriente mundial hacia la disminución del número de explotaciones con un mayor tamaño de las mismas, llegando a constituir las modernas supercanteras o superquarries.
Las Cortas:
*
Son unas explotaciones tridimensionales con unas profundidades importantes (mayores de 100 m) lo que obliga a un gran número de bancos descendentes y en el que aparecen unos graves problemas como aquellos de ratio variable, estabilidad de taludes, selectividad del mineral, y que para resolverlos se requiere la utilización de mayores tecnologías mineras de planificación, diseño, operación y control. Se utiliza, básicamente, para la producción de minerales metálicos, aunque se hayan adaptado también para explotar algunos combustibles y ciertas rocas industriales. El tamaño y el ritmo anual de la explotación viene condicionado por las capacidades de las plantas de concentración que, generalmente, están ubicadas a pie de mina para lograr un producto vendible de un mayor valor añadido y para lograr la recuperación de los minerales de más baja ley. La forma de los yacimientos explotados por el método de corta obliga a situar el vertedero exteriormente, creando con ello grandes problemas de medio ambiente, en general, menos
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS trascendentes o suavizados por la existencia o génesis de los metales en zonas geográficas poco o nada fértiles, o por una reocupación a largo plazo de los huecos minados con aguas o estériles.
Las Descubiertas: Son unas explotaciones de una profundidad limitada (hasta 100 m) de algunos yacimientos sedimentarios bastante horizontales de minerales blandos (carbones, lignitos, fosfatos, sales, bauxitas, arenas, arcillas, etc) en forma de capas, con pocos bancos, con una fácil y clara separación entre el mineral y el estéril y con unos ratios poco variables. La posibilidad de utilizar el propio hueco, por haberse llegado al muro del yacimiento, para depositar el estéril extraído ha permitido llamarle método de Transferencia y así recuperar las condiciones medio-ambientales. Aparecen en este método importantes problemas de manejo de unos grandes volúmenes y tonelajes y de estabilidad de suelos y rocas por la menor calidad geomecánica de los materiales y la presencia de acuíferos. La fuerte producción viene, en general, determinada por la próxima existencia de las plantas de transformación in-situ (térmicas, fabricas de fertilizantes, plantas de aluminio). Por la posibilidad de efectuar una fácil minería se emplean unas tecnologías muy avanzadas con maquinaria muy específica que llegan a producir una definición incorrecta del método, y así se habla de método alemán para llamar al clásico sistema continuo de rotopalas más cintas o de método americano al también popular sistema discontinuo de Dragalinas o de excavadoras de desmonte, cuando, en principio, son el mismo método, pero distintos sistemas. Dentro del conjunto de los métodos menos convencionales, habituales y empleados, estarán:
Las Terrazas:
*
Son las explotaciones de yacimientos en las laderas de montaña lo que permite un escalonamiento descendente hasta el valle, con una reducción de los problemas de techo y de la salida del mineral a un nivel inferior, pero más complicados problemas de vertederos y de recuperación medio ambiental. Es un método bastante popular en aquellos países vírgenes en donde es todavía todavía posible posible y fácil encontrar unos yacimientos aflorantes de minerales metálicos e industriales. Raramente es empleado en carbones salvo en los países de una fuerte tectónica, que permite los afloramientos afloramientos de los horizontes o capas, como es el caso del Norte Español. Podría pensarse que es un caso particular del método de corta a media ladera.
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Contorno: Es un método que combina felizmente la explotación por descubierta con transferencia del estéril, con una situación a media ladera propia del método de terrazas, aunque con pocos bancos. Se emplea, fundamentalmente, en la extracción de capas de carbones, fosfatos y horizontes sedimentarios que afloran en zonas de colinas sinuosas. Se separan, bruscamente, en función de ciertos parámetros económicos, la mina a cielo abierto de la explotación subterránea, por lo que es un esquema al que se pueden aplicar las minerías mixtas. Un caso muy popular en USA son aquellas explotaciones longitudinales que siguen la línea de afloramientos hasta alcanzar el máximo ratio económico de la MCA, transfiriendo los estériles al hueco anteriormente minado, lo que permite una buena recuperación del terreno afectado. A continuación de la extracción y antes del relleno del hueco se procede a extraer por Auger o minería de interior algún porcentaje del carbón remanente.
Hidráulico: Se denomina método hidráulico a aquel que emplea el agua como una herramienta disgregadora del material o aquel que se realiza desde la superficie de un lago, río, océano o mar. En alguna ocasión el lago puede ser artificialmente creado por los operadores mineros para situar sobre él la maquinaria flotante de dragado. El método va desde la operación manual de batea hasta el empleo de la gran maquinaria de dragado, de los monitores de agua a gran presión y del transporte por tubería de hidromezcla. Es uno de los métodos más antiguos de explotación minera, que ha sufrido grandes avances con el moderno desarrollo de máquinas de gran capacidad de arranque, carga y transporte, así como de una mayor profundidad de lámina de agua, lo que permitirá la próxima explotación de los fondos marinos. Se emplea, fundamentalmente, en la extracción de áridos y gravas de ríos y en la minería de los minerales pesados como el oro, la plata, los diamantes, el estaño y wolfran.
Lixivación: Método llamado también minería química o minería por disolución, ha permitido tradicionalmente la extracción de unas sustancias solubles ante el ataque del agua o de un reactivo solvente y más económico que el producto a obtener, lo que permite la obtención del mineral, sin tener que extraer la ganga que le acompaña. Según el grado de preparación del mineral y el lugar de ataque se divide en:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Lixiviación in situ "
en vertedero
"
en eras
"
en depósitos
"
dinámica
Se emplea, básicamente, en la extracción de Oro y Plata por cianuración, de uranio y cobre por ataque ácido y de otras sales evaporíticas por disolución con aguas o salmueras más o menos preparadas. El empleo de avanzadas tecnologías químicas ha permitido un gran desarrollo de este método en las modernas minas, del cual se ha procedido a editar un manual por el ITGE (1991).
Métodos especiales o mixtos Se denominan mixtos a aquellos métodos que combinan varios de los métodos mineros a cielo abierto o que combinan alguno de ellos con la minería subterránea o por sondeos, aprovechando las necesarias infraestructuras y plantas auxiliares para ambos métodos e incluso reduciendo los inconvenientes de alguno de ellos y aumentando las ventajas del otro. Entre los métodos especiales cabe destacar la extracción con Auger o helicoide que tanto éxito ha supuesto un complemento de la minería de contorno en la explotación de capas horizontales de carbones y de sales y que es una claro método de minería subterránea realizada desde el exterior. De la misma manera la minería marina en las grandes profundidades puede considerarse como especial, pues aunque se hace desde la superficie del mar la situación del yacimiento es profunda, pero no subterránea.
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS MINEROS A CIELO ABIERTO
En resumen los métodos a cielo abierto se pueden clasificar y distinguir en función de distintos parámetros según el cuadro adjunto
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CARACTERÍSTICAS
G EO ME TR ÍA SUSTANCIAS T A M A Ñ O DENOMINACIÓN I NV ER SI ÓN TECNOLOGÍA C O S T E
CANTERAS
Superficial
Rocas
Pequeño
Casi nulo
Baja
Poca
Bajo
CORTAS
Profunda
Metales
Grande
Creciente
Grande
Alta
Alto
Poco Profunda
Sedimentarias
Gigante
Grande
Grande
Media
Bajo
CONTORNO
Longitudinal
Sedimentarias
Pequeño
Mediano
Mediana
Media
Medio
HIDRÁULICA
Bajo Agua
Pesados
Mediano
Grande
Variable
Alta
Medio
LIXIVIACIÓN
Variable
Solubles
Mediano
Pequeño
Pequeña
Alta
Bajo
Adaptable
Variables
Mediano
Combinado
Grande
Media
Variable
DESCUBIERTAS
ESPECIAL
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XVI. CANTERAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y OBRAS PUBLICAS PUBLICAS
1. CONCEPTO DE LA EXPLOTACIÓN DE CANTERA. DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS El término “cantera” engloba a un conjunto de explotaciones mineras superficiales que tradicionalmente se caracterizan por su pequeño tamaño, escasa tecnificación, bajas producciones, anarquía en sus en sus formas y planteamientos, situadas siempre muy cerca de los centros de consumo y destinadas a suministrar materiales de origen mineral que están considerados considerados como abundantes y de escaso valor económico. Son explotaciones generalmente generalmente ubicadas sobre yacimientos en los que se considera que hay pocos problemas de agotamiento de reservas o de selección del material, simplemente simplemente por haber recursos a escala global o local y tener, de por sí, una calidad natural adecuada para las exigencias del mercado. De hecho, son explotaciones que pueden satisfacer las necesidades locales de materiales de construcción, como lo prueba que la realización de cualquier proyecto nuevo, como puede ser la construcción de una nueva carretera, vía de ferrocarril, puerto, etc., supone la localización y apertura de una nueva cantera con el fin de suministrar el material necesario para la obra. Las canteras o explotaciones superficiales de rocas se clasifican según su destino en:
Materiales de construcción
CANTERA O MINA MINA DE PIEDRA PIEDRA
Obras Obra s Públicas Públi cas (Abastecimiento (Abastecimient o de Piedra)
Ornamentales
Cementos y Yesos Ladrillos y bloques Rocas y arcillas. (Áridos) Cerámica y vidrio Hormigones Hormigo nes Asfaltos Asfalt os Relleno Pizarras Mármoles Granitos
Su propia abundancia, determina su bajo precio y éste limita, lógicamente, su bajo costo y la distancia de transporte al centro de consumo. Suponen hasta un 50% de la producción minera mundial, a pesar de que, su dispersión y minifundio no permita conocer con buena precisión las producciones. Tan solo en España existen más de 3 000 canteras, si bien van parándose a una media de 100 por año y cada vez es más difícil abrir una nueva.
*
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La importancia de este producto que es el mayor tonelaje de la minería mundial viene representado en el siguiente cuadro de producciones por países. PAÍS CANADÁ ESPAÑA AUSTRIA SUECIA FINLANDIA DINAMARCA EE.UU. SUIZA FRANCIA ALEMANIA JAPÓN GRAN BRETAÑA ITALIA BÉLGICA HUNGRÍA
Arena y grava 317 79 60 68 42 41 923 44 214 28 7
Piedra triturada 134 156 25 22 8 5 1 247 11 164 12 3
Producción total 451 235 85 90 50 46 2 170 55 378 41 0 800
130
161
291
5.2
167 20 33
118 18 7
285 38 40
5.0 3.9 3.8
Producción per cápita 17.6 5.9 11.2 10.7 10.1 9.0 8.8 8.2 6.8 6.7 6.6
Estadística de la producción de áridos y piedras en 1997 en millones de toneladas. Fuente: MINING ENGINEERING, June 1993 y FEDERACIÓN ESPAÑOLA DE ÁRIDOS.
Se necesitan aproximadamente unas 5 000 t de piedra triturada y calibrada para construir un kilómetro de vía doble de FF.CC. y unas 12 000 t para un Km. de carretera normal y unas 18 000 t en caso de autopista y más de un millón de t para una presa de agua de importancia mediana. En general, se caracterizan por un pequeño volumen anual de extracción, salvo en el caso de las canteras de calizas para la fabricación de cementos y de áridos para abastecer las grandes aglomeraciones urbanas. Su valor medio de venta es, en general, inferior a los 10 Euros/t., con la lógica excepción de aquellas rocas ornamentales (mármoles, pizarras, granitos, areniscas, etc) cuyo valor estético supera con mucho al industrial. A mayor exigencia de calidad del producto el precio compensa la mayor preparación necesaria en la planta. Las características que pueden considerarse comunes a todas las explotaciones de cantera son las siguientes: •
La demanda de productos de cantera tiene, en general, una clara trayectoria ascendente función del crecimiento de la población y de la riqueza per cápita
•
Las especificaciones de los productos son cada vez mayores y más difíciles de cumplir naturalmente. Existe una fuerte implantación de criterios de calidad de los productos y garantía del cumplimiento de sus características y propiedades
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS • Las exigencias técnicas de la explotación se ven fuertemente incrementadas por las obligaciones ecológicas •
Los profesionales que trabajan en este sector deben realizar un considerable esfuerzo para casar los intereses que pueden parecer en ocasiones contrapuestos, como son los económicos con los de seguridad en los trabajos y los de conservación medioambiental
•
El sector presenta una fuerte atomización y dispersión de explotaciones
•
Está sometido a fuertes presiones por parte de los organismos ambientales de las Administraciones Públicas, derivadas en muchos casos de la falta de actuaciones de los explotadores en restauración de terrenos y por la ausencia de proyectos mineros y planificaciones bien elaboradas y ejecutadas.
La tecnología ha sido más bien escasa y retrasada, siendo aun fácil encontrar en ellas todo el historial de la maquinaria y de las formas de energía y trabajo que se han aplicado en la minería a cielo abierto. Desde el pico y la pala, los martillos de mano, la pólvora, los carros de mulas y el machaqueo manual, hasta los medios más modernos de acuerdo con la capacidad y voluntad del cantero, pero que han ido progresando rápidamente a medida que tenían que abaratar los costos, competir, aumentar su producción y controlar la calidad. La tendencia actual es hacia la instalación de las plantas móviles de preparación y lavado que siguen al banco y permiten el paso hacia el uso de unos sistemas continuos de manejo y almacenamiento. El lavado y la clasificación diferenciando por tamaños permite un mejor aprovechamiento del yacimiento. Es el caso de las arenas silíceas, que pueden servir desde el simple uso en la mezcla de la construcción a su utilización en la fabricación del vidrio o para la industria de fabricación de los "chips" electrónicos, con la consiguiente valoración en el precio de venta y la natural exigencia de una calidad del producto final de la cantera. Su clasificación y su valor económico viene condicionado por la granulometría, que en gen eral se denomina de acuerdo con la siguiente tabla: Nombre Escollera Cantos gruesos Cantos medios Grava Arena Limo Arcilla
Tamaño en mm > 200 100 - 200 20 - 100 2 - 20 0,02 - 2 0,002 - 0,02 < 0,002
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
PLANTA Y SECCION DE UNA CANTERA
La característica fundamental, salvo la belleza en el caso de las rocas ornamentales, consiste en el tamaño o la granulometría, bien volumétrico, bien superficial. Para los materiales finos y arcillosos el arranque puede ser directo al tener una resistencia a la compresión, en general, inferior a los 100 Kg. / cm2 y cabe el empleo de unos sistemas continuos de explotación parecidos a las descubiertas, con la posibilidad por tanto de efectuar una buena restauración del terreno tras la extracción del árido o arcilla. Suelen diferenciarse, a efectos estadísticos e incluso comerciales, los materiales duros ya triturados y clasificados por la naturaleza, como las explotaciones de gravas y arenas de ríos actuales o paleocauces, de aquellos áridos que son producidos por la acción mecánica de trituradoras y clasificados por cribas, pero esencialmente se trata de un mismo producto aun cuando tengan mercados diferenciados. Para los primeros se aplicarán unos sistemas de arranque directo cada día má s parecidos a los de la minería hidráulica como el empleo de dragas
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS flotantes o Dragalinas. Para los segundos, las técnicas de perforación y voladura, como arranque, y de carga con palas sobre volquetes son comparables con las cortas, si bien se tiende al uso de plantas de trituración móviles en el propio banco de explotación que seguirán la carga para abaratar el costo operativo y permitir una homogeneización en montones exteriores o en tolvas de clasificación. El diseño de la explotación superficial de las canteras limitó tradicionalmente el número de bancos a uno sólo, habiéndose llegado a verdaderos extremos en este concepto por superar las alturas del mismo los límites razonables de seguridad y eficiencia. Por ello no es anormal encontrar cada vez más un mayor número de canteras con unos bancos de menor altura para compensar con los menores costos de operación, el lógico encarecimiento que en capital supone la apertura de un nuevo banco. También se tiende a buscar en profundidad las reservas explotables para no ocupar mayor superficie de terreno que es más caro y difícil de restaurar. Se define como banco al volumen de material mineral o estéril que está entre dos niveles
horizontales de la explotación y que constituye la unidad geométrica y básica de la mina a cielo abierto. En general el banco se define por el número ordinal de la explotación en orden descendente o bien por la cota topográfica del nivel inferior de salida. Asimismo, una lógica tendencia de racionalización y concentración de las explotaciones para mejorar su tecnología, alcanzar el tamaño mínimo crítico necesario, aumentar la productividad y realizar un menor impacto sobre el medio ambiente de las áreas de explotación, se puede observar en los países más desarrollados del mundo occidental, lo que permitirá compensar, con el factor de escala y la tecnología más avanzada, la incidencia de un mayor costo de transporte hasta el consumidor. ("Superquarry". International Mining Mayo 1989. Rock Products).
2. CANTERAS DE ÁRIDOS Las sustancias denominadas “áridos de construcción” pueden definirse como los materiales minerales sólidos e inertes que, con las granulometrías adecuadas, se utilizan para la fabricación de productos artificiales resistentes mediante su mezcla íntima con aglomerantes de activación hidráulica (cales, cementos, etc.) o con ligantes bituminosos. Otra definición comúnmente aceptada es la que considera los áridos como aquellos materiales granulares rocosos que se emplean en los firmes de las carreteras con o sin adición de elementos activos (bases y subbases granulares, bases estabilizadas, etc.), al balasto de las vías de ferrocarril y a la escollera como elemento de protección frente a la erosión eólica. Realmente, la definición más correcta debe ser una combinación de ambas.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La importancia económica del sector de los áridos puede resumirse en los siguientes puntos: •
Están íntimamente relacionados con el desarrollo socioeconómico de cada país y, consecuentemente, con la calidad de vida alcanzada en la sociedad.
•
Las explotaciones continúan teniendo un tamaño reducido, pero requieren inversiones cada vez más fuertes
• •
El mercado pasa de tener un carácter local a ser regional e incluso internacional. Actualmente es un negocio de escaso riesgo.
Finalmente, los principales campos de aplicación de los áridos son los siguientes: •
Áridos para la preparación de hormigón
•
Áridos para la fabricación de aglomerantes asfálticos
•
Balastos, Sub-balastos y gravillas
•
Escolleras para protección de obras portuarias, ríos y canales
•
Rellenos y aplicaciones viarias (Zahorras para construcción de bases y subbases, etc.)
•
Materias primas para la industria (cemento y yesos, arenas para filtros, cargas para fabricación de pinturas, papel, micronizados, etc.)
3. TIPOS DE ÁRIDOS Según su procedencia y proceso de obtención, se establece la siguiente clasificación: I. Áridos naturales: •
Áridos granulares, obtenidos básicamente de graveras y donde el material extraído se usa tras haber sufrido un lavado y una clasificación.
•
Áridos de machaqueo, obtenidos a partir de la trituración, molienda y clasificación de diferentes rocas de cantera o de las granulometrías de rechazo de los áridos granulares
II. Áridos artificiales, constituidos por subproductos o residuos de procesos industriales, como son las escorias siderúrgicas, las cenizas volantes de la combustión del carbón, estériles mineros, etc. III. Áridos reciclados, procedentes de materiales de demolición y derribo de edificaciones (hormigones, cerámicos, etc.) y/o de estructuras de firmes antiguos, etc. IV. Áridos ligeros, que son productos naturales o artificiales que se usan para la obtención de piezas o elementos de obra de bajo peso y/o aislantes V. Asimilados a áridos: •
Materiales de préstamo, utilizables sin modificación de sus características naturales o con pequeñas modificaciones de adición de productos estabilizantes o tratamientos mecánicos en la construcción de terraplenes y pedraplenes fundamentalmente
•
Materiales de escollera, natural o artificial, constituido por bloques de formas y
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS características variables en función de las condiciones y especificaciones de la obra
4. TIPOLOGÍA DE LAS EXPLOTACIONES DE ÁRIDOS Comúnmente, se denominan graveras a aquellas explotaciones de áridos naturales granulares, reservándose el término cantera a aquellas explotaciones donde los materiales beneficiables se extraen de un macizo rocoso, generalmente competente. CANTERAS: •
Canteras en terrenos horizontales:
•
Canteras en ladera
•
“Superquarries” (Supercanteras)
•
Canteras subterráneas
GRAVERAS: •
Graveras secas
•
Graveras con explotación bajo lámina de agua
•
Graveras con rebajamiento del nivel freático
5. CANTERAS EN TERRENOS HORIZONTALES Las labores se inician en forma de trinchera o en rampa descendente, hasta alcanzar la profundidad del primer nivel, ensanchándose a continuación el hueco creado. La ampliación del hueco en superficie puede compaginarse con la profundización, compensándose las distancias de acarreo. Inconvenientes: •
Fundamentalmente la necesidad de efectuar el transporte de materiales contra pendiente.
•
Mayores costes en el dimensionamiento adecuado de los sistemas de drenaje y bombeo para mantener seca la explotación
Ventajas: •
Una vez excavado un hueco con las suficientes dimensiones, es posible instalar la planta de tratamiento dentro del mismo, consiguiéndose un menor impacto y una menor ocupación de terrenos.
•
Permiten proyectar la pista general de transporte en una posición que no tenga que moverse en mucho tiempo
•
Permiten la instalación de un sistema de cintas transportadoras.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 6. CANTERAS EN LADERA Estas explotaciones son las más numerosas y se caracterizan por un gran número de bancos, aunque hasta hace pocos años la tendencia era trabajar con pocos bancos muy altos. Según la dirección en la que se realicen los trabajos de excavación, pueden distinguirse las siguientes alternativas: •
Avance frontal y frente de trabajo de altura creciente: Ø
Es la alternativa más frecuente por la facilidad de apertura de las canteras y a la mínima distancia de transporte inicial hasta la planta de tratamiento
Ø
El frente de trabajo está siempre activo, salvo en alguna pequeña zona.
Ø
El frente es progresivamente más alto, por lo que es inviable proceder a la restauración de los taludes hasta que no finalice la explotación.
•
Excavación descendente y abandono del talud final en bancos altos: Ø
Permite iniciar la restauración con antelación y desde los bancos superiores hasta los de menor cota.
Ø
Requieren una definición previa del talud final y, consecuentemente, un proyecto a largo plazo
Ø
Exigen constituir toda la infraestructura viaria para acceder a los niveles superiores desde el principio y obliga a una mayor distancia de transporte en los primeros años de la cantera
•
Avance lateral y abandono del talud final: Ø
Se puede llevar a cabo cuando la cantera tiene un desarrollo transversal reducido, profundizándose poco en la ladera, pero con una avance lateral amplio.
Ø
Permite recuperar taludes finales una vez excavado el hueco inicial, así como efectuar rellenos parciales
Ø
Permite mantener de forma constante la distancia de transporte siempre que la instalación se encuentre en el centro de la corrida de la cantera.
•
Excavación troncocónica con pérdida de macizo de protección.
7. “SUPERCANTERAS” Tienen su origen en la estrategia de algunas compañías de áridos en reducir los costes y evitar los inconvenientes de la tramitación de apertura de nuevas explotaciones. Su fundamento se asienta en los siguientes principios básicos: •
Localización de un yacimiento grande y con materiales de la adecuada calidad.
•
Entorno natural de baja calidad para originar el menor impacto ambiental.
•
Ritmos de producción de entre 5 y 20 M t/ año para aprovechar los efectos de las economías de escala en los costes de operación.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS • Proximidad a vías de comunicación terrestres o marítimas. •
Inversiones específicas de entre 5 y 8 Euros /t de capacidad año
•
Mayor eficiencia y control de las operaciones, que se traducen en altos rendimientos.
•
Utilización del método de “corta”, con arranque por perforación y voladura en bancos de entre 10 y 18 m para obtener una mayor eficiencia, trituración dentro de la misma corta con equipos móviles y semimóviles y extracción por banda transportadora a través de túneles hasta la planta.
Obliga al abandono de reservas y a la realización de labores subterráneas, pero permite un menor impacto ambiental. Las profundidades proyectadas llegan a superar los 200 m, por lo que es posible plantear dos secuencias de avance: •
La primera consiste en explotar desde los bancos más altos a los más bajos, pero cada vez un nivel en toda su extensión y llevándolo hasta la situación de talud final.
•
La segunda consiste en configurar varios bancos con vistas a aprovechar el descenso por gravedad y reducir el número de pistas a construir y conservación de las mismas.
8. CANTERAS SUBTERRÁNEAS Deseamos señalar que la doble incidencia de la fuerte presión ecológica y la mayor distancia al centro consumidor ha obligado en ciertas Megalópolis (área de Chicago) a buscar el abastecimiento de las rocas por debajo de las ciudades, que son explotadas por minería de interior con las mismas técnicas de cielo abierto y que tan sólo el transporte final al centro de consumo pasa a ser vertical y mínimo. Un beneficio adicional puede alcanzarse y se ha encontrado en este sistema con la utilización del propio hueco producido bajo la ciudad para depósito de residuos sólidos o como almacenes de substancias estratégicas. Este tipo de explotaciones se constituyen en una alternativa a tener en cuenta, debido a su mayor coste, solamente en casos especiales en los que se dan: •
Escasez de recursos geológicos
•
El estéril de recubrimiento del yacimiento crece
•
Existencia de importantes restricciones ambientales
En estos casos, en el umbral económico de viabilidad debe considerarse el posible beneficio derivado del aprovechamiento de los huecos subterráneos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
CANTERA SUBTERRANEA BAJO UNA GRAN CIUDAD
El proyecto de una cantera subterránea d ebe prestar atención a los siguientes apartados: • •
Métodos de explotación Accesos a la cantera
•
Técnica de sostenimiento
•
Ventilación
•
Usos del espacio subterráneo
La decisión sobre el método de explotación a emplear depende de la morfología, potencia e inclinación, características geométricas de solamente hastíales y masa explotable, costes de arranque, infraestructura, características de la roca, etc. En general, es frecuente la utilización del método de cámaras y pilares, así como la utilización de equipos mineros muy similares a los de superficie, fundamentalmente debido a las ventajas de la estandarización de repuestos con otras canteras a cielo abierto, proporcionalmente un menor coste de inversión, mayor experiencia en el manejo y el mantenimiento de la maquinaria, mayor disponibilidad de los equipos empleados, mayor capacidad de producción por unidad de capital invertido, etc. Los accesos a la cantera son,
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS en muchos casos, mediante túneles o rampas, ya que los pozos prácticamente no se utilizan por su alto coste de inversión y de desarrollo, aunque existen alguno s casos conocidos con este último tipo de infraestructura, como el representado en la figura de una gran metrópolis norteamericana. Las técnicas de sostenimiento (colocación de bulones, cables de anclaje, pletinas bulonadas, gunitado, etc.) dependen de las características de la roca y del adecuado dimensionamiento de los pilares. pilares. En muchos casos, la calidad del macizo rocoso explotado permite no requerir de ninguna una vez que los pilares están adecuadamente dimensionados, dado que suponen un coste de producción adicional que, en muchos casos, es muy importante. La ventilación, que en algunos casos es natural, debe estar adecuadamente dimensio nada para la rápida evacuación de humos y gases generados por el funcionamiento de los equipos mecánicos y las voladuras. Finalmente, hay que mencionar la necesaria evaluación de las posibilidades de aprovechamiento del espacio subterráneo creado, crea do, ya que su consideración puede ayudar a compensar los mayores gastos de producción y completar los proyectos mineros con usos más racionales. Genera lmente, las cavidades abiertas presentan como características más significativas una temperatura prácticamente constante a lo largo de todo el año, una localización próxima o bajo áreas densamente pobladas y con un valor económico del suelo considerablemente alto, un reducido caudal cauda l de aguas agu as subterrán subt erráneas eas cuando cua ndo los macizos poseen poseen discontinuidades, discontinuidades, etc. Por ello, ello, muchas canteras subterráneas están siendo aprovechadas con finalidades tan diversas como el almacenamiento de sustancias peligrosas, la construcción de aparcamientos, talleres, almacenes, oficinas, etc.Por último, también debemos de señalar el paso de las rocas y áridos hacia una sustancia mineral (Commodity) capaz de viajar e incluso de cruzar el océano siempre que la calidad del producto pueda compensar el mayor costo del transporte. Es el caso de las actuales exportaciones de áridos desde Irlanda y Escocia hacia los EE.UU. o de Suiza y Francia hacia Holanda, y de Venezuela que exporta escollera a la zona del golfo de EE.UU.
SUPERCANTERA PARA LA EXPORTACIÓN EN ESCOCIA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XVII. EXPLOTACIONES DE ROCAS ORNAMENTALES 1. LA ROCA ORNAMENTAL Las Rocas Ornamentales son un grupo especial de las Piedras Naturales que, por su vistosidad y su belleza, sus características físico-mecánicas (textura, durabilidad, etc.) y su aptitud para el pulido (salvo en el caso de la pizarra donde se considera la aptitud al lajado), adquieren un mayor interés comercial y económico, constituyéndose en la materia prima de una industria en la que después de un proceso de elaboración, son aptas para ser utilizadas como: *materiales nobles de construcción *materia prima de trabajos de cantería *elementos de ornamentación *arte funerario y escultórico *objetos artísticos y variados *proyectos urbanos que siguen las tradiciones locales La explotación de las rocas ornamentales es una de las actividades del hom-
UTILIZACIÓN MUNDIAL DE LAS ROCAS ORNAMENTALES
bre más antiguas, pues ya los egipcios, 2 600 años A. de C., realizaban su extracción mediante unas técnicas similares a las empleadas hasta hace pocos años, para el arranque de los bloques de calizas y de granito en la construcción de las famosas Pirámides. (Mining Engineering. Feb. 1987). Las grandes culturas persas, griegas y romanas se caracterizaron por un maravilloso maravilloso y amplio empleo de la roca para la construcción construcción de los palacios, tumbas, monumentos, basílicas, columnas, termas, acueductos, etc. Probablemente el más famoso cantero de la historia haya haya sido Miguel Ángel, quien quien aprendió su fabulosa técnica y conocimiento de las características de la roca en las Canteras de Carrara, cerca de Pisa y Florencia.
*
Los recientes avances tecnológicos han permitido el uso de unos sistemas más racionales y sofisticados de arranque con el objetivo de lograr unos incrementos en la capacidad y en la cali
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS dad del arranque, así como con MILESDEt
el logro de unos costes, cada
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vez más competitivos, todo lo
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cual ha hecho posible un gran
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avance de este sector en la
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década de los 90, situándose 12000
España en un lugar privilegiado
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(1ª en pizarras, 2ª en granitos y
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3ª en mármoles) a escala mun-
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dial. *
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PRODUCCIÓN DE ROCAS ORNAMENTALES EN EL MUNDO
En
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ha orientado hacia una una modificación modificación del
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concepto clásico de la actividad que
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implicaba el concurso de un elevado
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número de artesanos en la cantera,
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mediante su sustitución por máquinas y
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una mayor participación en las actividades complementarias, como son una
PRODUCCIÓN DE ROCAS ORNAMENTALES EN ESPAÑA
mayor elaboración y una gran diversificación de los productos obtenidos a
partir de las rocas extraídas en la cantera, e incluso en el aprovechamiento de los residuos. El sistema sistema de arranque ha pasado, cada día, a ser más mecanizado y automatizado con un producto final más preciso y preparado para las siguientes fases del proceso. Precisión, según un conocido anuncio, es la palabra que mejor define la tecnología del corte y elaboración en los momentos actuales para todas las fases del proceso tanto de arranque como de la elaboración del producto final en las plantas.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 2. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS ORNAMENTALES Técnicamente se puede hablar hoy en día de tres grupos de rocas ornamentales atendiendo a su dureza o resistencia al corte y cizalladura cizalladura y a sus aplicaciones. aplicaciones. En primer lugar podemos situar los materiales relativamente blandos como las calizas, brechas, areniscas areniscas y pizarras, cuya génesis ha sido sedimentaria, evaporítica y en algún caso metamórfica, pero en general gen eral con unas resistencias resistencias a la compresión menores de 400 kg/cm2 (40 MPa), impropiamente llamado grupo de las "pizarras" . En una situación intermedia tenemos el grupo de los "mármoles" , travertinos, basaltos, ónices y granitos blandos, de un origen mayoritariamente metamórfico metamórfico o ígneo alterado alterado y con unas resistenci resistencias as inferiores inferiores a los los 1 000 kg/cm2 y superiores superiores a los los 400 Kg/cm Kg/cm2. Finalmente, el mayor grado de dureza o dificultad minera, corresponde a la familia de lo que comercialmente se conoce como grupo de los "granitos" , constituida por unos granitos poco alterados, pórfidos, dioritas, sienitas, gabros, dunitas, etc. en general rocas de un origen ígneo, y con unas resistencias resistencias que pueden ser superiores a los 2 000 kg/cm2 (200 MPa). En las estadísticas más actualizadas empieza a configurarse otro grupo llamado "Piedras de
Cantería", constituido por otros materiales como Alabastro, Areniscas, Cuarcitas y otras y que varía según la importancia de las piedras naturales de cada país. Así, en Noruega por ejemplo, los esquistos y las cuarcitas forman un sector diferenciado o en Canarias el Basalto es una piedra lógicamente abundante y muy empleada en la construcción de los edificios nobles. La evolución histórica reciente del sector productor de rocas ornamentales ha sido, quizá, de las más singulares, ya que experimentó un fuerte crecimiento en el periodo 1982 - 1992 ligado a un importante importante volumen de la edificación, seguida de una cierta crisis entre 1992 y 1994, motivada por una reducción de la demanda y de las producciones y un ajuste de los precios, que incrementó la competitividad de las empresas. Países como Brasil, India, Corea y China han adquirido una importancia creciente en los mercados internacionales al concentrar el mayor número de las nuevas compañías, pero están basando su competitividad, al ser países en vías de desarrollo y de nueva industrialización, en sus bajos costes salariales, amplios recursos naturales disponibles y una fuerte necesidad de divisas para sus economías.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La mayor competitividad actual de las empresas europeas está basada en los siguientes puntos: * La mejora tecnológica de los procesos y productos * Un mayor tamaño de las empresas * Una mejora de calidad en términos de calidad total (gestión, producto, servicio, medio ambiente, servicio integral, hasta la propia colocación en los edificios, etc.) * Una oferta centrada en productos de calidad, y de mayor valor añadido y prestigio * Una formación especializada * Una importante capitalización de las empresas * Un aumento de la promoción comercial * Una intensa actividad de I + D y desarrollo de know how * Una agresiva y bien planteada internacionaliz internacionalización ación * Un tímido apoyo de las Administraciones Públicas. En paralelo con las anteriores consideraciones, la tendencia actual en la mejora de los sistemas de arranque se ha orientado hacia una modificación del concepto clásico de la actividad que implicaba el concurso de un elevado número de artesanos en la cantera. El sistema de arranque ha pasado a ser cada vez más mecanizado, automatizado e incluso robotizado, con un producto final más preciso y preparado para las siguientes fases del proceso. Porque es precisamente la
Precisión la que debe caracterizar la tecnología del corte y elaboración en todas las fases del proceso tanto de arranque como de elaboración en las plantas. 3. INVESTIGACIÓN DE YACIMIENTOS DE ROCAS ORNAMENTALES La metodología comúnmente aplicada en la investigación de los yacimientos de roca ornamental es singular y se caracteriza por ser aplicada a todos los tipos de roca gracias a su versatilidad, incluso al nivel de detalle, bastando sólo adecuar los parámetros específicos de cada sustancia. Con carácter general, el proceso completo, desde la recopilación bibliográfica inicial hasta la apertura de la cantera, se divide en cinco fases que se describen más abajo. Sin embargo, el contenido de cada una de estas cinco fases no es unívoco ni cerrado, siendo, al final, el propio yacimiento el que marca la pauta a seguir, especialmente en todo lo relativo a escalas de trabajo, naturaleza de los reconocimientos, técnicas a emplear, etc. Las fases seguidas son:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Fase 1: Recopilación de Información y bibliografía , en la que se recoge y analiza toda la información geológico - minera disponible acerca de la roca y de la zona a investigar, tales como cartografías temáticas, estudios locales, tesis doctorales, datos de canteras, etc. Ello permite realizar una primera selección de las zonas que tienen un interés real o potencial y una planificación realista de los estudios posteriores. De modo orientativo, suele trabajarse con cartografías a escalas entre 1:50.000 y 1:200.000.
Fase 2: Exploración de campo , en la que se visitan, muestrean e inventarían, con carácter preliminar, todos los indicios de interés seleccionados a partir de las fuentes bibliográficas. Se continúa la recuperación completa de datos e informaciones, esta vez contrastando en el campo y, posteriormente, ponderadas para realizar una nueva selección de zonas de interés que serán objeto de atención en la siguiente fase. De modo orientativo, suele trabajarse con cartografías a escalas entre 1:25.000 y 1:50.000.
Fase 3: Investigación previa , con mucho mayor detalle, de las zonas seleccionadas en la fase 2, analizándose todos los aspectos relativos a: - Características del Área - Características geológicas de la roca - Características mecánicas de la roca y calidad - Alterabilidad potencial - Viabilidad de la explotación minera - Selección de las áreas de interés que pasarán a la siguiente fase de investigación. De modo orientativo, en la fase 3 se suele trabajar con cartografías a escalas entre 1:10.000 y 1:25.000.
Fase 4: Investigación de detalle , donde las zonas seleccionadas en la etapa anterior vuelven a ser investigadas para elegir los puntos más favorables para la extracción industrial de roca. Se incide especialmente en determinar, tan exactamente como sea posible, aquellas características de la roca que le dan valor comercial y pueden llegar a condicionar su explotación, como son la vistosidad, el color, el tamaño de grano, la homogeneidad, la presencia de alteraciones y oxidaciones, la resistencia mecánica, la fracturación de la roca y del macizo, foliaciones, etc. Para ello, se analizan:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS - Características del yacimiento - Sondeos con recuperación de testigo - Apertura de un frente piloto para extracción de bloques - Determinación de las características de la roca De modo orientativo, se suele trabajar con cartografías a escalas entre 1:1.000 y 1:10.000.
Fase 5: Proyecto de explotación y apertura de la cantera en las áreas que han llegado a esta fase, ya que se consideran, en principio, suficientemente investigadas y gozan de un nivel de información apropiado. Los estudios acometidos en esta etapa son los que, en última instancia, ponen de manifiesto la viabilidad técnico - económica de la explotación de la roca. Como norma general, cada vez que se analiza una zona en cada una de las fases, los objetivos de la investigación son, fundamentalmente, los siguientes: A. Propiedades especificas de los afloramientos: *
Morfología
*
Fracturación
*
Características de la roca:
*
Composición litológica
*
Color y Variaciones de color
*
Tamaño de grano
*
En su caso, karstificación y meteorización
*
Plegamientos y/o repliegues internos
*
Metamorfismo (en su caso) y/o recristalizaciones
*
Textura
*
Homogeneidad
*
Cambios de facies
*
Presencia de discontinuidades
*
Vetas y concreciones
*
Impurezas
*
Oxidaciones
*
Otras alteraciones
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS B. Factores condicionantes de la explotabilidad: *
Tamaño del afloramiento
*
Recubrimientos
*
Topografía y accesos
*
Imp Impacto acto ambi ambien enta tall que que pudi pudier era a ocas ocasiionar onar la cante antera ra
*
Existencia de explotaciones próximas
*
Infraestructura industrial
4. DISEÑOS DE CANTERAS Y MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN En la actualidad, la extracción de rocas ornamentales se desarrolla tanto en explotaciones a cielo abierto como en subterráneas. A. CANTERAS A CIELO ABIERTO:
*
Se pueden distinguir: *
Canteras en foso sobre terrenos llanos:
*
Canteras en foso y extracción por grúas. Son explotaciones totalmente confinadas por taludes laterales verticales o subverticales y donde la extracción de bloques y estériles se realiza con grúas, realizándose el acceso del personal por medio de escalas ancladas en los paramentos.
*
Canteras en foso y rampas de acceso, construidas con materiales estériles, que conectan los diferentes niveles de extracción de la cantera entre si. Es la más frecuente por su mayor versatilidad
*
Canteras en ladera sobre terrenos en pendiente: Son llevadas en media ladera. En muchos casos, la extracción comienza por los niveles inferiores, aumentando la altura y el número de bancos del frente de explotación. En otros casos se empieza por alcanzar la situación final en los bancos superiores y se profundiza verticalmente.
*
Canteras de nivelación en terrenos montañosos: Están emplazadas en lo alto de un cerro o promontorio natural que conducen a la nivelación del terreno original, tanto por la propia extracción como por el relleno de vaguadas con los estériles producidos.
B. CANTERAS SUBTERRÁNEAS: Utilizan generalmente el método de explotación de cámaras y pilares, con el inicio de las labores desde la plaza de cantera exterior, abriendo una galería en la dirección de explotación,.dejando los pilares necesarios, se abre un hueco inicial o apertura y se explota en profundidad con herramientas clásicas.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Obedecen a razones económicas, medioambientales y climatológicas; actualmente las famosas canteras de Carrara en Italia, están pasandose a subterraneas, aprovechandose la antigua infraestructura de ferrocarriles de interior como accesos principales a las grandes cámaras
.
5. SISTEMAS Y TÉCNICAS DE ARRANQUE DE LAS ROCAS ORNAMENTALES El proceso de arranque de las rocas ornamentales es bastante similar para cualquiera de las tres variedades de los grupos comercialmente explotables. Genéricamente consiste en la separación primaria en el macizo rocoso de un "primer bloque o rachón", entendiendo por bloque una figura geométrica más o menos cúbica, y con unas dimensiones tales que los equipos de carga y transporte seleccionados puedan manipularla u operar en unas condiciones de productividad óptimas. El bloque primario se somete a unas sucesivas etapas de subdivisión hasta alcanzar unas dimensiones que sean manipulables en el taller de corte y aserrado, y al mismo tiempo dentro de las gamas y tolerancias que requiere actualmente la industria de transformación, propia o exterior, ya que en muchas ocasiones este bloque es o puede ser un producto vendible de la cantera. Las dimensiones finales siguientes corresponden a los bloques vendibles de una gama aproximada para los mármoles y granitos, -
Longitud
1.90 - 3.30 m
-
Fondo
1.00 - 1.50 m
-
Altura
0.90 - 1.20 m
-
Volumen
-
Peso
2 - 6 m3 10 - 20 t
en donde son más apreciados y por ello mejor pagados los mayores tamaños, el mejor escuadrado, el mejor acabado de las caras, factores todos ellos que implican un mejor rendimiento de transformación posterior. Alcanzan unos volúmenes de 6 m3 y hasta 20 t de peso, y pueden pueden ser ya objeto objeto de comercialización, y exportadas a grandes distancias para llegar a valer cifras millonarias. Los puertos de Lisboa, Marina de Carrara o Vigo son unos claros ejemplos de exportación de los bloques al mercado mundial. La fase primaria de separación está directamente relacionada con determinados factores geológicos del macizo rocoso, tales como estructura, dirección de estratificación, diaclasamiento, etc., que deben ser bien conocidas no sólo por la experiencia y arte del viejo cantero, sino por
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS unos detallados estudios geomecánicos, para poder orientar bien la secuencia de arranque. La selección de los equipos de corte se debe realizar en base al conocimiento de factores geomecánicos de la roca como resistencia a la compresión, dureza, tenacidad, porosidad, etc. y de factores mineralógicos como la abrasividad, tamaño de grano, venenos, envejecimientos, decrepitabilidad, oxidación, etc. La abrasividad es, en general, el factor que en definitiva delimita, en términos económicos, la selección del sistema de corte más adecuado, aunque no es el factor único, ya que para determinados tipos de roca como algunos mármoles, calizas, etc, escasamente abrasivos, pueden presentar algún comportamiento negativo ("satinado") ante ciertas herramientas de corte como las diamantadas, debido a su escasa capacidad de desgaste de la matriz de la herramienta (cable o disco). Las diferentes técnicas de arranque de rocas ornamentales raramente se emplean en exclusiva dentro de una explotación, y es habitual que coexistan al menos varios sistemas para las distintas labores de subdivisión, tratando siempre de utilizar aquella que produce unos menores costes y un mejor acabado. Los sistemas o técnicas de corte más aplicados en la actualidad son los siguientes:
1
-
Perf Perfo oraci ració ón de barre arren nos próxi róximo moss con con o sin vola volad dura. ra.
2
-
Hilo helicoidal y diamantado.
3
-
Rozadora de brazo.
4
-
Disco de corte.
5
-
Lanza térmica.
6
-
Chorro de agua.
7
-
Utilización de cuñas manuales e hidráulicas
6. TÉCNICAS DE CORTE CON PERFORACIÓN CON O SIN VOLADURA. Esta técnica consiste en la apertura de unos barrenos muy próximos y paralelos de un pequeño diámetro para poder producir un corte a través del plano constituido por los mismos mediante la acción de una adicional presión hidráulica, mecánica o por la acción de la pólvora o del cordón detonante. Este sistema se debe aplicar fundamentalmente sobre las rocas de mayor dureza y abrasividad, grupo de los granitos, aunque coexiste con los otros sistemas, para el resto de las rocas ornamentales, en donde se debería utilizar o abusar menos de él, para mejorar el grado de recuperación y la calidad de la roca vendible.
*
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
ESQUEMA DE ARRANQUE POR PERFORACIÓN DE BARRENOS
*
La figura adjunta, refleja la secuencia del arranque, que comienza con la independización del gran bloque inicial hasta la obtención del producto o bloque vendible, en el llamado sistema finlandés de explotación y subdivisión mediante la técnica de la perforación dentro de la cantera. La importancia de su aplicación ha cobrado un mayor interés a partir de los últimos avances tecnológicos, en la línea de una mayor mecanización gracias a la sustitución de la perforación neumática por la hidráulica, con una operación centralizada de las baterías de perforadoras que permiten el control de varias en paralelo por un solo operador del equipo y con los brazos automatizados en condiciones de una mayor productividad, menores consumos energéticos, y un menor impacto ambiental derivado de los ruidos y el polvo, así como a un más perfecto paralelismo entre los barrenos.
Fase 1. La etapa inicial consiste en la independización, en la masa rocosa, de un gran bloque cuyo volumen puede oscilar oscilar entre los 100 100 y los 4.000 m3. La operación de arranque comienza con la creación de dos caras libres en los laterales del gran bloque, bien a partir de las diaclasas naturales, bien mediante la perforación de unos barrenos casi secantes entre si con unos diámetros de 2½" (63,5 mm), o bien realizándolas con la lanza térmica por unos canales de 70 mm de anchura. Posteriormente se realiza la perforación vertical sobre los planos posterior y horizontal en la base del bloque. Los barrenos son de pequeño diámetro (27-36 mm), y las separaciones variables de acuerdo con la resistencia a la fragmentación de la roca. La rotura
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS entre barrenos se puede realizar mediante el empleo de algunos explosivos débiles con cargas conformadas o con un cordón detonante de bajo gramaje, o por unas cuñas de accionamiento hidráulico. Unos rendimientos de las operaciones que se pueden esperar como normales con los modernos equipos hidráulicos pueden ser los siguientes: Plano
Diámetro (mm)
Velocidad (ml/h)
Lateral
63.50
15
5.70
0.90
Posterior
27-36
25-50
10 - 30
5 - 10
Horizontal
27-36
25-50
10 - 30
5 - 10
Espesor (cm)
Rendimiento (m 2/h)
El rendimiento específico de la perforación perforación oscila entre unos 2 y 7 ml/m3 del material rocoso a producir.
Fase 2. Esta segunda etapa ejecuta la subdivisión en bloques de un menor tamaño, todavía "in situ", esto esto es, en la misma cantera. cantera. Los parámetros de perforación son similares, aunque las fases sucesivas de división del bloque, implican una calidad cada vez mejor de terminación de las caras, por lo que que dentro de la gama de diámetros y espaciado entre barrenos es muy recomendable usar los menores valores. El volumen de los bloques correspondiente a esta fase oscila entre los 18 y los 100 100 m3. Los rendimientos normales de perforación son los siguientes: siguientes: Rendimient Rendimiento o horario....... horario............ ..... 7 m2 /h Rendimiento Rendimiento específico específico...... ........5 ..5 ml/m3. La rotura entre los barrenos se puede realizar, al igual que en la fase anterior, mediante unos explosivos débiles como la pólvora, el cordón detonante o mediante cuñas hidráulicas. El bloque, una vez individualizado, debe volcarse sobre el piso de la cantera, donde se puede disponer de un lecho de arena o bien un colchón de goma hinchable que logre amortiguar la caída, y evitar su rotura. Los sistemas más empleados para volcar el bloque, pueden ser : -
Trac racción ción med mediant iante e cabr cabres esta tant nte e o grúa grúa torre orre (DER (DERRI RICK CK). ).
-
Empujadores res hi hidráulicos en en el el pl plano po posterio rior.
-
Carga de pólvora en el plano posterior.
-
Extr Extrac acci ción ón con con pala palass y/o y/o carr carret etililla lass elev elevad ador oras as con con un acop acopla lami mien ento to idón idóneo eo..
*
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Fases 3 y 4. En esta etapa, el bloque extraible debe subdividirse en unas dimensiones más manipulables manipula bles por los equipos equipos de la cantera, con con unos volúmenes máximos de hasta 10 m3 para su fácil manejo y transporte posterior al taller. Los diámetros de perforación recomendables son de unos 25 - 27 mm. Los rendimientos en esta etapa de subdivisiones son muy variables con los siguientes valores medios: Rendimient Rendimiento o horario ......... ............ ... 5 m2 /h. Rendimient Rendimiento o específico... específico........ ..... 3 - 15 ml/m3 . En esta fase la rotura entre los barrenos tiene lugar, en general, mediante el empleo de cuñas, accionadas manual o hidráulicamente. Los bloques obtenidos deben alcanzar las dimensiones adecuadas para su comercialización, que puede ser directa, si el escuadrado de las caras fuera correcto, o precisa de un perfilado definitivo, en función de las calidades de la roca y la tolerancia final exigida por el mercado. La calidad del acabado en las caras del bloque final depende del correcto alineado de la perforación, así como de la separación y diámetro de los barrenos, existiendo en cualquier caso imperfecciones derivadas del sistema en sí mismo que suponen unas pérdidas en detritus estimadas en el orden de unos 25-50 mm para cada una de las caras del bloque.
*
Es importante señalar que estas técnicas requieren, de manera imprescindible, distribuir lo mejor posible la energía generada por el explosivo en el plano de fractura y evitar la aparición de tensiones máximas o diferenciales que induzcan a la fracturación de la roca volada o la remanente. El Éxito de la voladura se traduce en una gran precisión en la geometría del bloque y en unos daños mínimos a éste y a la roca remanente. Depende tanto del esquema de perforación, como de la calidad de los barrenos y de las cargas de explosivo. 7. CORTE CON HILO DE ACERO Este sistema se aplica a las rocas de dureza media a baja, fundamentalmente a los mármoles, travertinos, piedras calizas, pizarras, etc. Fue desarrollado en Italia a principios del siglo XIX, y supuso, en su momento, un extraordinario avance en la técnica del arranque de las rocas ornamentales, que hasta entonces continuaba con los mismos sistemas manuales de la antigüedad y dio a los productores italianos una posición de dominio en el mercado mundial, que han sabido conservar comercialmente hasta estas fechas.
*
La secuencia del sistema de arranque de rocas ornamentales con hilo, es similar al expuesto
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS anteriormente con la técnica de perforación y consiste en la independización y sucesivas etapas de división hasta obtener un bloque escuadrado de unas dimensiones comerciales. La utilización de esta técnica permite un excelente aprovechamiento de la roca, reduciéndose la producción del detritus en base a un acabado plano de las caras, que elimina una gran parte de las labores del escuadrado final, y permite una normalización de las etapas de elaboración posterior. Por contra, el corte con hilo obtiene unos rendimientos y productividades más bajas, lo que obliga a que las labores de subdivisión ulteriores se realicen casi siempre con otros sistemas más eficaces. La técnica de penetración en la roca se lleva a cabo con unos equipos cuya herramienta de corte es un hilo de acero, que actúa como conductor de los materiales abrasivos y refrigerantes, y que corre a una velocidad determinada sobre la superficie del macizo rocoso a independizar. La implantación general de un equipo de corte con hilo se refleja en el siguiente esquema de la figura :
ESQUEMA PARA EQUIPO DE CORTE CON HILO DE ACERO
El equipo está compuesto, básicamente, de los siguientes elementos principales: -
Un grupo motor , constituido por un motor de accionamiento eléctrico o diesel (entre 25 -40 C.V.), que a través de un embrague reductor, y una caja de cambios, transmite el movimiento a un cable que pasa por una polea motriz. La velocidad lineal del cable suele estar comprendida entre 6 y 14 m/s.
-
Un sistema móvil de contrapesos , que permite mantener el circuito del cable en tensión
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS (hasta un valor de unos 300 Kg por 1000 ml de hilo). -
Una batería de poleas de reenvío y alineación, enfrentadas al grupo motor, y cuya función es concentrar en un corto espacio o longitud (50-100 m) la mayor parte del cable en operación.
-
Una serie de columnas que permiten guiar el hilo desde su salida de la batería de reenvío hasta aquella zona del macizo rocoso que deseamos cortar.
-
Una serie de columnas con poleas móviles de avance automatizado , ubicadas en los extremos de la superficie de corte.
-
Un equipo de almacenamiento y dosificación de la mezcla de abrasivo y agua, con alimentación directa al punto de entrada del hilo en el macizo rocoso en corte.
El sistema descrito permite disponer el plano de corte en cualquier orientación, aunque operativamente las más habituales son las posiciones horizontales y verticales. La longitud del cable en operación debe estar calculada de acuerdo con el principio de que se puede realizar todo el corte de una cara, dentro de la vida útil del mismo. La operación con hilo, implica un desgaste y una continua reducción del diámetro lo que llegaría a dificultar su necesario cambio en el curso de un corte debido a la mayor sección del nuevo cable. La vida útil del hilo es muy variable, dependiendo fundamentalmente de los contenidos en sílice y abrasividad del material a cortar. El rendimiento del hilo se puede establecer entre 20 y 50 ml/m2 de superficie en operación, con longitudes totales comprendidas entre 1000 y 2000 ml. Ambos parámetros definen los valores máximos de las dimensiones de la superficie de corte en operación. Las características normales del cable helicoidal de acero corresponden a los valores siguientes: Composición................................
1x3+0
Diámetro normal del cable...........
5,15 mm
Diámetro del alambre..................
2,40 mm
Sección metálica.........................
13,56 mm2
Peso aproximado........................
0,115 Kg/ml
Carga de rotura efectiva...............
1.500 Kg/mm2 .
En la figura adjunta se esquematizan los dos tipos de cables utilizados, el primero llamado de torsión simple con el arrollamiento en la misma dirección para toda su longitud, y el segundo de
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS torsión alternada con cambios cada 50 m que permiten la obtención de unas superficies de corte totalmente planas y con una mayor capacidad de arrastre del abrasivo. El material abrasivo, que actúa como un elemento de corte activo, se alimenta por vía acuosa a la entrada del hilo en el macizo en corte y está compuesto habitualmente por arena silícea o granalla de carburo de silicio, de unas calidades muy controladas y precisas de acuerdo con la abrasividad de la roca a cortar, ya que siempre es un coste importante. La arena silícea, el abrasivo más usado en España, debe tener una granulometría bien homogénea e inferior a 2 mm, con un contenido en SiO2" mayor del 90% y con unas aristas lo más vivas posibles. Los consumos más habituales suelen estar comprendidos
ESQUEMA DE ARRANQUE CON CABLES
entre 200 y 500 Kg/m2. El sistema de arranque se lleva a cabo a través de una serie de etapas, en paralelo, cuya secuencia de arranque se refleja en la figura y que estructuran la geometría general de la explotación en una disposición de bancos con taludes, en general, muy verticales, y con alturas habituales del orden de 2 a 10 m. acorde con las características tanto de la maquinaria utilizada en la cantera, como con el producto a obtener. La competencia y cohesión de los macizos rocosos en las explotaciones de rocas ornamentales son tales que pueden permitir la eliminación de las bermas intermedias entre la superficie y los niveles de trabajo, aun cuando será buena práctica dejar unas pequeñas bermas como "quitamiedos".
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Etapa 1. Consiste en la apertura de una apertura o cuele en dirección perpendicular al banco en explotación. Este hueco que permite la posterior progresión de las labores de independización a ambos lados del mismo, tiene una forma en "V", aunque también se puede realizar en forma de "U" con dimensiones aproximadas de 2 m. sobre la cara del banco, y 10 m. de fondo, y con un espesor variable según la técnica empleada. La función de este hueco o cuele es proveer el mínimo espacio necesario para la realización de los sucesivos cortes horizontales y verticales de los macizos adyacentes, permitiendo la introducción de los cables y de las guías. Los rendimientos de corte, prácticamente similares en todas las operaciones que implican el uso del hilo helicoidal, oscilan entre 0.6 y 1.5 m2/h. La apertura del cuele comienza con la perforación de un barreno vertical de diámetro comprendido entre 200 y 250 mm en el vértice de la "V", y continua con el corte por un hilo conducido por dos poleas, una en el interior del barreno, y otra situada en el exterior, frente a la cara del banco para realizar un primer corte vertical. Una vez finalizado este, se coloca en posición horizontal la columna exterior, y se continua el corte en abanico que completa la base de la misma. El último corte vertical en el otro lateral de la "V" completa la independización de la cuña o bloque.
Etapa 2. Consiste en la ejecución de un corte horizontal sobre la base del gran macizo ubicado entre los lados del hueco creado. La longitud de cada macizo es del orden de 15/20 m, siempre en función de la adecuación del binomio vida útil del cable y de la superficie prevista de corte por plano.
Etapa 3. Se realiza una subdivisión del gran bloque anterior mediante unos cortes paralelos al frente, y con unas distancias entre ellos variables y del orden de 15 a 20 m. Las dimensiones de los grandes bloques oscilan entre los 15 y 20 m de largo, 5 m de altura, y 2-3 m de fondo. El gran bloque debe ser volcado sobre la plaza de la cantera, previa la colocación de un colchón o algún tipo de amortiguador constituido por arena o goma hinchable. Los medios de vuelco del bloque pueden ser los mismos que los descritos en el sistema de arranque con perforación, empleándose cada vez más las palas cargadoras, con un acoplamiento especial en forma de un gran gancho, que tirará suavemente del bloque. Una vez situado el bloque sobre la plaza, comienza la última etapa para la obtención de unos bloques de medidas ya comerciales mediante sucesivos cortes y el escuadrado final. Esta etapa final se puede llevar a cabo con cualquiera de las técnicas de corte como también por hilo, o mediante el empleo de baterías de perforadoras y cuñas de accionamiento hidráulico, o por una cortadora de brazo, dependiendo de las condiciones de coste de cada uno de ellos, así como de su disponibilidad en la cantera.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 8. CORTE CON HILO DIAMANTADO Los avances de los materiales empleados en la moderna tecnología de corte ha supuesto la introducción del hilo diamantado, que permite con menores longitudes de cable en operación, unos rendimientos de corte muy superiores, manteniendo una calidad de acabado similar a la alcanzada con el hilo helicoidal tradicional. Los modernos y actuales equipos de hilo diamantado están compuestos básicamente por los mismos elementos, pero con algunas diferencias de los tradicionales, de acuerdo con una nueva disposición de la máquina de trabajo según se recoge en la figura adjunta -Un grupo motor , con accionamiento eléctrico, y con potencia entre 30-50 C.V., con su correspondiente reductor que actúa sobre la polea conductora del cable y que va montado sobre un chasis móvil sobre raíles. -Un conjunto guiador compuesto por dos carriles o vías sobre los que se desliza o mueve el sistema de accionamiento, y con una carrera de unos 6 m de desplazamiento, que se puede suplementar para su alargamiento paralelo al banco. -Unos sistemas automáticos de control elec-
CORTE CON HILO DIAMANTADO
trónicos de arranque, velocidad y tensión del cable, de paradas por rotura o final de carrera, etc. Las velocidades lineales del cable se encuentran en la gama de 0-40 m/s., para unas longitudes normales en operación inferiores a 60 m. El hilo diamantado consiste en un cable de acero inoxidable que lleva engarzados, a modo de cuentas de rosario, unos insertos diamantados de forma cilíndrica, con separadores constituidos por muelles, y cuya disposición se ajusta como muestra la
figura. Las
características básicas de un cable diamantado son las siguientes:
CABLE DIAMANTADO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
Diámetro del cable guía ...................
5 mm
-
Diámetro del inserto diamantado......
10 mm
-
Longitud del inserto diamantado........ 8.5 mm
-
Longitud útil diamantado....................... 6 mm
-
Separación entre insertos.....................30 mm
-
Nº de insertos por ml............................ 33.4
Los rendimientos horarios de corte y vida del cable, son función de las características de la roca y se mueven en la gama siguiente de valores m2/h
ml/m2
Mármoles cristalinos
8 - 15
25 - 50
Mármoles compactos
5-9
15 - 30
Mármoles duros
3-5
15
10 - 15
50 - 75
Calizas blandas y porosas
Actualmente se halla en vías de desarrollo y aplicación del cable diamantado en el corte de los granitos, fundamentalmente en aquellos de menor contenido en cuarzo. Según algunos expertos el futuro de esta aplicación depende tan sólo de criterios económicos, pues el aspecto técnico está resuelto y aunque los costos descenderán a medida que se extienda su aplicación, y especialmente cuando se aumente la producción unitaria de cada cantera, ya que actualmente no alcanzan el volumen critico. ( D. J. Sancedo, Roc Maquina 1989) 9. CORTE CON ROZADORA DE BRAZO Dentro del contexto general de los sistemas de arranque de las rocas orna mentales, cuyo método de explotación es común, este sistema se aplica en aquellos macizos rocosos de dureza media a baja (<100 MPa).y contenidos bajos en cuarzo (Grupo mármoles). La abrasividad y resistencia a la compresión definen la capacidad de penetración en la roca, siendo preferible un mayor valor de resistencia a la compresión, ligado a un bajo contenido en sílice, que el concepto contrario que asimilaría la roca a una piedra de afilar derivando en una escasa vida de la herramienta de corte y con ello un alto costo unitario de arranque.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
ESQUEMA DE CORTE EN BANCOS CON ROZADORA DE BRAZO
Para el uso de este sistema, altamente mecanizable, es necesario disponer de unas alturas de banco muy limitadas por el alcance del brazo cortador, y su uso está condicionado por la existencia y orientación de las discontinuidades naturales, así como por las exigencias en el tamaño de los bloques vendibles. Sin embargo esto permite obtener desde un principio unos bloques finales, eliminándose las sucesivas fases de subdivisión que implican los sistemas anteriormente descritos y que inevitablemente reducen la recuperación de unos tamaños comerciales. El desarrollo de este sistema, inicialmente ligado a la minería y arranque de carbón y de las sales potásicas, se ha logrado a partir de los avances tecnológicos relacionados con la técnica de penetración en las rocas y de los nuevos materiales aplicados en las herramientas de corte, y tiene la posibilidad de ser utilizado no solo en las canteras a cielo abierto sino también en explotaciones subterráneas de cámaras y pilares. En Francia la mayor parte de las explotaciones de pizarras, en forma muy mecanizada, se llevan a cabo por minería subterránea, sin necesidad de unos fuertes desmontes de estéril y con gran precisión en el corte de los rachones en dimensiones adecuadas para su extracción por las galerías y pozos. En la zona española de El Barco de Valdeorras (Orense) se procede a efectuar ensayos de aplicación de la minería subterránea para mejorar los costes de extracción y el rendimiento de recuperación de pizarra vendible, así como pruebas para la aplicación de máquinas exfoliadoras en sistema continuo por corte con chorro de agua. La rozadora consta básicamente de un brazo accionado, móvil y orientable, sobre el que se desplaza una cadena provista de unas picas como elementos de corte y de desgaste. El sistema
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS de accionamiento del brazo es, modernamente, del tipo electro-hidráulico con unas potencias entre 10 y 60 Kw, y todo el conjunto se desliza sobre carriles en la dirección del corte con velocidades de avance de 2 a 10 cm/mín. y con la posibilidad de desplazarse por pendientes máximas de 15º. El brazo es orientable para poder realizar los cortes verticales y horizontales, con una longitud variable entre 1,5 y 3 m. Sobre el perímetro del brazo se desplaza la cadena que arrastra las picas, de un material altamente resistente, situadas a unos intervalos en el orden de 40 mm, con unas velocidades lineales entre 0,4-1,4 m/s. y una anchura de corte de 4 cm. Generalmente las picas de materiales muy duros pueden ser reemplazables in situ. El material, que constituye las picas, suele ser carburo de tungsteno para usar en los materiales de bajas resistencia y abrasividad, y de matrices diamantadas para los valores mayores, o cualquier otro tipo de acero aleado de alta resistencia al desgaste por abrasividad. El sistema de operación de la rozadora permite obtener directamente un bloque comercial en base a la dimensión del brazo. Las fases de operación se reflejan en el esquema adjunto y consisten en una primera fase de sucesivos cortes paralelos, de dirección perpendicular a la cara del banco, seguido del corte horizontal a lo largo del frente, y de la subdivisión vertical paralela al frente, de acuerdo con el tamaño previsto de los bloques y alcanzable por la longitud del brazo. Los rendimientos horarios de corte con esta técnica están comprendidos entre 4 y 10 m2 /h para las rocas de resistencia a la compresión inferior a 100 MPa y con abrasividades medias a bajas. Hasta hoy, este sistema ha sido más utilizado en los talleres de corte y aserrado que en la cantera, pero su desarrollo en base a montar mayores unidades, de mayor potencia y longitud del brazo en bastidores de maquinaria móvil o sobre raíles ha permitido su introducción en las canteras, aunque es obvio que requieren un adecuado estudio de selección y de ensayos antes de tomar la decisión. 10. CORTE CON DISCO El uso de este sistema permite obtener, desde el principio, los bloques sin necesidad de recurrir a las sucesivas etapas de división y acabado, aunque presenta grandes limitaciones de aplicación por la escasa profundidad del corte, y por tanto de reducidas dimensiones en los bloques obtenidos y por tanto obliga a un diseño previo y muy ajustado de los bancos de trabajo. Su limitación viene dada por la fórmula:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS h = 0,5 (D-d) cm D = diámetro exterior del disco d = diámetro interior del disco Económica y técnicamente es el equipo más favorable tanto por su simplicidad como por su menor consumo energético, pero estas ventajas no logran, en muchos casos, compensar las limitaciones descritas anteriormente, por lo cual su uso sigue siendo más generalizado en los talleres de aserrado que en las canteras, aunque reCORTE CON DISCO DIAMANTADO
visando el diseño geométrico de estas podría ser más utilizado.
Otra limitación en el uso de este equipo se refiere a la configuración de la explotación por la necesidad de disponer de amplias plataformas, al menos de 200 x 200 m, de forma que se puedan realizar largos cortes sin tener que mover el equipo y que la inclinación de la misma tiene que ser menor de 10º. Su rango de aplicación son los mármoles y las piedras calizas, pero pueden aplicarse en el grupo de pizarras de techar o para losas de pizarras y de areniscas. El equipo a utilizar consiste, básicamente, en un disco giratorio cortador con el filo de acero diamantado y que puede desplazarse montado sobre un carretón móvil que se mueve paralelamente, sobre carriles. Las características básicas de los equipos se recogen en el cuadro siguiente, de acuerdo con la dirección de los cortes y la abrasividad de la roca: CORTE PLANOS VERTICALES DIÁMETRO DISCO (m) VELOCIDAD PERIFÉRICA (m/s) PROFUNDIDAD DE CORTE (m) ANCHURA DE CORTE (mm) CONSUMO DE AGUA (l/mín.) POTENCIA (Kw)
CORTE PLANO HORIZONTAL
2.50 40 - 55
2.70 40 - 55
3.00 40 - 55
2.70 40 -55
1.00
1.10
1.25
1.10
12
12
12
12
80 - 140
80 - 140
80 - 140
80 - 140
60
75
75
75
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La calidad de acabado de las caras del bloque es, al igual que las obtenidas con la rozadora de brazo, excelente, sin necesidad de escuadrados finales, pero con limitadas dimensiones, y por tanto para aplicaciones comerciales muy concretas. Los rendimientos de corte pueden variar entre 5 y 8 m2 /h. Existen en el mercado algunos equipos con multibrazos, que permiten realizar 2 ó 3 cortes simultáneamente, incluso uno vertical y otro horizontal al mismo tiempo y con un solo operador, lo cual puede y debe aumentar la productividad.
RENDIMIENTO DEL CORTE CON DISCOS
11. CORTE CON LANZA TÉRMICA (FLAME JET) Este sistema se aplica exclusivamente en aquellas rocas de origen ígneo (granitos, dioritas, etc) cuyos contenidos en sílice alcanzan unos determinados niveles, y en operaciones muy concretas y complementarias como en la ejecución de rozas iniciadoras, siempre que el material tenga unas características adecuadas de decrepitabilidad ( spallability), por salto térmico entre el calor y el frío posterior e inmediato. El corte con lanza térmica es una técnica que depende fundamentalmente de la capacidad de una roca para fracturarse en escamas en presencia de una fuente de calor por la diferencia de conductividad térmica de los diferentes granos constituyentes de la roca (p.e. cuarzo, feldespato y mica). Tal característica se denomina factor de decrepitabilidad o "spallability" y es una función del contenido de SiO2. Pero no obstante, algunas determinadas propiedades facilitan una mayor posibilidad de fracturación en escamas, tales como: -
Gran dilatación a temperaturas mayores de 600ºC.
-
Rápida difusión térmica a temperaturas inferiores a 400ºC.
-
Tamaño homogéneo de los granos y sin inclusiones de micas alteradas.
-
Carencia de materiales elásticos propensos a la fusión.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Los sistemas empleados para el corte en los granitos consisten en una lanza de longitud variable de acuerdo con la longitud de la zona a cortar, por cuyo interior discurren tres canalizaciones concéntricas de combustible, oxidante y agua que desembocan en una tobera o cámara donde se produce la combustión. Las ondas de choque térmico generadas por la combustión son conducidas al exterior a través de una tobera a unas velocidades supersónicas, produciéndose el proceso de calentamiento, que posterior e inmediatamente es enfriado por la salida del agua o vapor procedente de la refrigeración y por los gases de escape para producir, por un fuerte contraste térmico, la fracturación y la expulsión de los componentes del granito en granos diferenciales en forma de decrepitación. ROCA
VELOCIDAD (m/h)
DECREPITABILIDAD
GRANITO
7.5 - 9
BUENA
CUARCITA
13.5 - 18
BUENA
CONGLOMERADO
6
POBRE
ARENISCA
6
POBRE
Se pueden utilizar las siguientes mezclas de combustible y oxidante: TIPO DE MEZCLA
ENERGÍA ESPECÍFICA (Julios/cm3)
Propano - aire
6.280
Acetileno - Aire
5.020
Propano - oxígeno
4.890
ESQUEMA DE BOQUILLA DE CORTE CON LLAMA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS En condiciones normales de operación, un equipo convencional consume del orden de 35 l/h de gasóleo, y unos 10 m3/mín. de aire comprimido a 7 Kg/cm2 de presión.
Este equipo se aplica, normalmente en las canteras de granito, en la fase primaria de la independización del macizo rocoso, mediante la creación de las rozas o de los canales transversales a los bancos de explotación.
ESQUEMA DE LANZA TERMICA
ESQUEMA DE ZONAS DE CORTE CON JET-FLAME
La anchura de la roza producida por lanza térmica puede ser variable, y del orden de 60-80 mm, realizándose las ulteriores subdivisiones con perforación o hilo diamantado como ya se ha descrito anteriormente.
Las desventajas mayores en la aplicación de este sistema son fundamentalmente de tipo ambiental y tecnológico por su elevado nivel de ruidos y no ser excesivamente económico: -
Un elevado nivel de ruidos, mayor de 120 dB, que afecta a la explotación y su entorno.
-
Una influencia negativa sobre la calidad de la cara de la roca en una profundidad variable, afectada por las fisuras y la vitrificación indeseables.
12. CORTE CON CHORRO DE AGUA El empleo del chorro de agua a alta presión y velocidad, se ha usado tradicionalmente en la minería aluvionar del estaño, del carbón, de los caolines, de las arcillas cerámicas, etc.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La aplicación de esta tecnología en las rocas ornamentales está ligada al desarrollo de unos equipos hidráulicos de potencia adecuada, más robustos y fiables. Existen hoy en día aplicaciones para el corte de vidrio, cerámicas, papel, y otros materiales más resistentes como el aluminio y el acero.
El equipo consiste básicamente en una pequeña central hidráulica iniciada por un motor eléctrico, y acoplada a una bomba hidráulica de alta presión, que a su vez acciona un intensificador de presión constituido por un pistón de doble efecto y un movimiento alternativo, capaz de realizar entre 60 y 80 ciclos por minuto. El efecto intensificador se consigue por la diferencia relativa de superficies activas del pistón, uno de los cuales impulsa finalmente el agua a través de una fina boquilla inyectora de zafiro sintético y con unos diámetros entre 0.1 y 1 mm.
La figura adjunta refleja el principio de operación del intensificador de presión, base del sistema y que puede alcanzar las elevadas presiones de trabajo necesarias.
DIAGRAMA BÁSICO DEL SISTEMA "STREAMLINE" DE I-R
El mecanismo de rotura de la roca debido al finísimo chorro de agua a alta presión, se produce por efecto del choque del mismo, y las micro-fracturas creadas en consecuencia. A una velocidad de 300 m/s, la presión creada es del orden de 150 MPa, superior a la resistencia a la compresión de muchas rocas. Con 500 m/s, se pueden alcanzan valores de 300 MPa, superiores a la resistencia de la mayoría de los materiales rocosos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Los datos operativos alcanzados con equipos en prueba han sido los siguientes: RELACIÓN DE MULTIPLICACIÓN
PRESIÓN DE TRABAJO (MPa)
CAUDAL (l/mín.)
4:1
0 - 83
19 - 57
13:1
0 - 275
5.5 - 23
20:1
0 - 378
3.8 - 15
En pruebas realizadas sobre granito muy abrasivo, de 110 MPa de resistencia a la compresión, empleando una presión de trabajo de 240 MPa, caudal de 11.4 l/mín., diámetro de boquilla de 0.4 mm, con abrasivo de granate fino y con velocidad de agua de 680 m/s, se han alcanzado unos rendimientos de corte de 2 m/mín., con un avance en profundidad de 2 cm por pasada, equivalentes a 2,40 m2/h, que supone en el orden de 40/50 % de los obtenidos realizando el corte con disco diamantado. La aplicación de esta técnica puede suponer un avance importante en los sistemas de corte, investigándose actualmente el uso de mayores presiones y la respuesta frente a diferentes tipos de roca. 13. CUÑAS MANUALES E HIDRÁULICAS Esta técnica es la más clásica, siendo ya utilizada en la antigua Grecia y actualmente es complementaria a la citada de perforación con barrenos. Se aplica tanto en el sector del mármol como en el del granito, para la puesta a dimensión comercial de los bloques, aprovechando casi siempre grietas y fisuras del material o direcciones preferenciales de fractura respectivamente. Su utilización se basa en el efecto que producen una serie de cuñas de acero introducidas en unos taladros perforados con este objetivo, provocándose la rotura de los bloques por tracción. Entre las cuñas manuales se distinguen: * Los pinchotes, constituidos por tres elementos, la propia cuña y dos pletinas metálicas con sección longitudinal en ángulo para transmitir la tensión y corte en un extremo. Su puesta en tensión se consigue golpeando repetidamente con un mazo. * Los tirafondos, indicadas para el corte de bloques de gran altura o que presentan dificultades a la separación según el plano previsto. Estas contracuñas se introducen a cierta profundidad de tal manera que los esfuerzos de tracción no se generen solo en las proximidades de la superficie.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Por su parte, las cuñas hidráulicas están constituidas por una bomba hidráulica de alta presión y por varios cilindros hidráulicos, cada uno unido a la bomba por una manguera flexible reforzada. Cada cilindro se compone de un gato hidráulico de doble efecto funcionando bajo una presión a máxima de 50 MPa y de un conjunto cuña-contracuña en su parte inferior. El vástago del pistón empuja con fuerza a la cuña que se encuentra entre las dos contracuñas. Se utilizan dos tipos de cuñas hidráulicas: * El tipo estándar (ángulo muy agudo) para las rocas más duras y que proporcionan una separación relativamente pequeña pero con una alta fuerza de rotura. * El tipo destinado a las rocas medios (ángulo obtuso), que proporciona una separación mayor, con una fuerza lateral proporcionalmente más pequeña. 14. APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ARRANQUE DE LAS ROCAS ORNAMENTALES Las técnicas de arranque descritas constituyen la base actual de la explotación de las rocas ornamentales. De acuerdo con su dureza y abrasividad, rendimiento en material aprovechable, dimensiones y perfección de acabado del producto final, se delimita el campo de aplicación de cada uno de los sistemas, que son operativos en la actualidad. Las líneas de investigación se orientan, hoy, en dos sentidos: el primero en una búsqueda y mejora de calidad de las herramientas de corte, fundamentalmente en los materiales de base diamantada para cables, discos y picas de rozadoras. Finalmente, y en cuanto a nuevas técnicas, éstas se orientan hacia el desarrollo de unos sistemas de chorro de agua a alta velocidad, bien sea sola, con adicción de abrasivos, o como complemento de la acción mecánica de determinadas herramientas, así como al empleo del arranque térmico con nuevas fuentes de energía como el Plasma, Rayo láser o haces de electrones con bajos consumos de energía específica. En el cuadro adjunto se resumen las posibilidades de utilización de las técnicas descritas en este tema a los diferentes tipos de rocas ornamentales llamadas también actualmente piedras naturales.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS SISTEMA
PERFORACIÓN
HILO
HELICOIDAL
ACERO
DIAMANTADO
ROZADORA
DISCO
LANZA
CHORRO
DE CADENA
DIAMANTADO
TÉRMICA
DE AGUA
GRANITOS
P
I
D
I
M
MYP
D
MÁRMOLES
P
P
P
P
P
I
D
PIZARRAS
P
P
P
P
P
I
D
Posibilidades de aplicación de las técnicas de corte actuales P = POSIBLE M = MARGINAL I = IMPOSIBLE D = DESARROLLO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XVIII. DESCUBIERTAS O TRANSFERENCIAS Se trata de un método minero conocido internacionalmente como STRIPPING, que podría traducirse ducirse como destape o descubierta y que consistirá en la explotación desde la superficie de unas capas, básicamente horizontales (menos de 10º de buzamiento), mediante la apertura de un hueco inicial para el descubrimiento de la capa o capas y tras la extracción de estas se procederá a rellenar el hueco ya explotado con el estéril que se extraerá de la fase siguiente.
TRANSFERENCIA EN PLANTA
*
MODELO DE ESQUEMA DE TRANSFERENCIAS
*
Este sencillo método, método, muy antiguo, ha permitido una elevada mecanización mecanización del proceso proceso a través de dos sistemas definidos por la maquinaría que utilizan una técnica operativa de trabajo diferentes, además de poderse emplear los sistemas convencionales e incluso como veremos es posible
aplicarlo
también
en
la
minería
hidráulica
y
en
la
mixta.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
TRANSFERENCIA CON DRAGALINA
*
Los dos sistemas clásicos son el discontinuo o americano y el continuo o alemán. El sistema americano, por arranque y transferencia discontinua, se lleva a cabo mediante exca vadora de desmonte o por una dragalina de gran tamaño de cuba y al mismo tiempo permite una regeneración y rehabilitación de la superficie agrícola, forestal o ganadera, que lo ha hecho extraordinariamente popular en la minería moderna. El sistema sistema alemán, continuo, mediante arranque y carga por Rotopala y transporte por cintas de gran capacidad, con la transferencia del estéril al hueco bien directa por puente o bien exterior con cintas móviles. TRANSFERENCIA DIRECTA CON ROTOPALA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Ambos sistemas, aunque muy diferentes técnicamente, corresponden esencialmente al mismo método y deben su popularidad y desarrollo a la posibilidad de reconvertir los terrenos agrícolas para su posterior cultivo. De hecho, este método nació en algunas zonas de magnificas tierras como en Illinois, Renania y Ucrania en las que, bajo las tierras negras, subsisten capas de carbón u otras substancias minerales de alto interés, lo que obligaba a dejar los terrenos mineros mejor que estaban antes de la extracción. Es un método que, básicamente, exige unos condicionamientos no siempre fáciles de encontrar en los yacimientos mineros, salvo en los grandes yacimientos sedimentarios de tectónica muy suave como ocurre abundantemente con los carbones, fosfatos, bauxitas, arenas bituminosas y graveras. Estos condicionamientos son: -
Buzamientos casi horizontales.
-
Grandes Reservas.
-
Rocas blandas en la cobertera de estéril.
-
Pocas capas y potentes. Uno ó dos niveles.
-
Limitada profundidad de los yacimientos
Sin embargo su gran popularidad por el automatismo y el gigantismo que pueden alcanzar, ha permitido su aplicación con algunas importantes modificaciones de esas condiciones hasta el punto de que en algunas minas españolas se ha llegado a colocar el vertedero fuera del hueco por causa de la inestabilidad y el buzamiento del muro, en una variante muy especial de la transferencia, más temporal que espacial, que permitiría hablar de un sistema gallego. Una condición esencial del sistema alemán para su aplicación a los lignitos pardos está en la necesaria transformación "in situ" del mineral por medio de una Central Térmica hasta la que llega directamente el mineral desde la mina y extrayéndole, en esta, la gran humedad del mineral a partir del calor residual. Esta solución es una tendencia natural en la moderna minería de transformar y beneficiar los minerales de baja ley en la propia mina para alcanzar un mayor valor añadido del producto vendible. Una característica común a los 2 sistemas (alemán y americano) está en el diseño "a medida" de la maquinaria para cada yacimiento, si bien puede observarse una cierta tendencia hacia la normalización y standarización de las máquinas por parte de algunos de los fabricantes, aunque siempre adaptadas al caso concreto.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Sin ser, en cuanto a la profundidad, tan superficial como las canteras, no llega a las grandes profundidades del método de cortas, por lo que puede definirse como un método intermedio entre superficial y tridimensional. Un grave problema, por su aplicación en zonas de rocas jóvenes, es la necesaria reducción del contenido de humedad de la cuenca, que puede llegar a exigir un fuerte drenaje por sondeos para rebajar el nivel fréatico por debajo de la zona de explotación, junto a la evacuación de importantes caudales de desagüe por bombeo en una o varias etapas, así como el establecimiento de unos grandes canales de desviación exteriores al criadero. El sistema diferencia muy claramente el movimiento directo o indirecto de los grandes volúmenes de estéril con la extracción del mineral que puede o no ser extraído con unos sistemas menos automáticos o continuos. Esto sucede porque, aun cuando el ratio de desmonte es muy elevado y casi constante, el mineral es capaz de pagar unos sistemas más caros de extracción por la mejora de la selectividad. Se habla pues de transferencia indirecta o transferencia exterior, cuando el vertido del estéril no es directo al propio hueco sino a través de unos circuitos exteriores de transporte, siendo cada día más popular, pues permite liberar el fondo de la operación para poder profundizar todo el centro del banco en explotación y con ello extraer otras capas u horizontes más profundos. Sin embargo, en la técnica de transferencia directa al hueco, como en la ex R.D.A., se ha llegado al desarrollo de espectaculares puentes de transferencia directa, que pueden alcanzar los 250 mts de luz con algún apoyo final o intermedio en el propio vertedero. El sistema americano, basado en grandes excavadoras de desmonte o en Dragalinas, es esencialmente un sistema discontinuo y por tanto cíclico, en el que la misma máquina realiza las fases de arranque, carga y vertido en la escombrera, situada lateralmente a la zona de descubierta. De acuerdo con los técnicos americanos, la mayor ventaja de sus máquinas está en la mayor disponibilidad y por ello se consigue un trabajo de más horas por año que en el sistema alemán. La gran lucha, en el último decenio, por el mercado chino, australiano y sudafricano entre los dos sistemas ha permitido un espectacular crecimiento en la capacidad de las máquinas y su empleo en el desarrollo de la moderna minería superficial del carbón. Asimismo, en la explotación de los
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS grandes yacimientos de fosfatos en Florida y Marruecos, el sistema americano ha primado sobre el alemán, que en principio, ha sido el más popular en los lignitos pardos de menor resistencia a la compresión y menor abrasividad. Como ya hemos citado, una de las muchas razones que ha desarrollado el uso de este método ha sido la necesidad, incluso ya legal, de restaurar los terrenos afectados por la explotación minera, tanto del hueco como de los vertederos interiores y exteriores, lo que resulta relativamente sencillo y económico en el caso de la transferencia directa y algo menos si es indirecta y exterior.
TRANSFERENCIA EXTERIOR
*
EL SISTEMA DE DESCUBIERTA AMERICANO
Dragalinas y/o excavadoras El sistema de transferencia que se realiza modernamente con las Dragalinas, es aplicable en aquellos yacimientos en los que: -
La potencia de la capa será mayor de 2 metros.
-
El estéril será excavable, bien directamente o tras una prevoladura suave.
-
Las reservas serán suficientes para respaldar la inversión y la vida de la máquina.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Es el sistema más popular en algunos países como USA, Sudáfrica, Australia, Nueva Zelanda, Rusia y Marruecos. Cuando alguna de estas características deja de cumplirse se comienza a combinar este sistema con el convencional de corta con excavadoras y volquetes.
TRANSFERENCIA CON EXCAVADORA DE DESMONTE
Las principales ventajas que sobresalen del empleo de las Dragalinas son: -
Una gran simplicidad operativa con mínimo personal.
-
Un reducido coste de operación.
-
Posibilidad de excavar un banco profundo, hasta 2/3 de la longitud de la pluma (Hoy unos 100 metros).
-
Una mejor adaptación de la dragalina, frente a la excavadora, en el caso de las capas con ondulaciones, ya que la excavadora debe desplazarse sobre la capa en el fondo del hueco o sobre el muro del yacimiento.
-
Una mayor flexibilidad de funcionamiento, que permitirá superar las variaciones no previstas del espesor del recubrimiento, prolongar la longitud del frente en cualquier sentido, efectuar el desmonte en un plano superior al del apoyo (chop down), e incluso hacer un doble manejo del estéril cuando fuera necesario o conveniente un segundo transporte (rehandling).
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
Una mayor seguridad de trabajo en cuanto a la estabilidad del gran banco de estéril de recubrimiento en que se apoya la máquina que si estuviera sobre el mineral.
-
Produce un menor daño al mineral, dada la situación de la dragalina en la parte superior del banco de estéril. De aquí, que se obtendrá un mayor porcentaje de recuperación del mineral.
-
La presión superficial sobre el terreno será bastante menor que la de las excavadoras por la mayor superficie de apoyo o sistema de traslación.
-
Normalmente la incidencia del mantenimiento en el costo por metro cúbico es menor que para las excavadoras o las rotopalas, lográndose una mayor disponibilidad a largo plazo, algo mayor que la excavadora y mucho mejor que la Rotopala.
-
La forma de operar de la dragalina resultará más adecuada para realizar el arranque de aquellos lechos o estratos horizontales de dureza alterna, ya que al producir el ataque paralela y horizontalmente a la sedimentación del recubrimiento, los dientes penetrarán por los puntos más débiles de los estratos. La cuchara de la excavadora efectuará el arranque atravesando en parte normalmente a los estratos, es decir en una dirección de una mayor resistencia a la penetración.
-
Al trabajar sobre la superficie del banco, no será necesario descender la alimentación eléctrica hasta el fondo del tajo.
Los mayores inconvenientes del uso de las Dragalinas se pueden resumir en: -
Una peor secuencia de trabajo con materiales de una mayor resistencia, que requieren perforación y voladura, aunque esta sea suave.
-
Una menor selectividad y una fuerte dilución en las capas muy estrechas (menor de 2 metros).
-
Trabaja bien cuando el estéril sea blando y el mineral sea duro, pero en el caso contrario puede dar lugar a una cierta pérdida de calidad del mineral, por arrastrar una parte del mineral con el estéril.
-
Gran valor de adquisición por lo que la inversión inicial es mayor que para una excavadora con igual capacidad de cazo.
-
El parque de este tipo de máquinas, en Europa, es muy reducido, siendo bastante difícil su contrata o alquiler y no existiendo muchos repuestos en zonas próximas para una intercambiabilidad de los conjuntos.
-
La habilidad del operador tiene una gran influencia en la producción, por lo que su remuneración es cara y resulta difícil retenerlos mucho tiempo en la misma obra.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Por el contrario, el sistema de arranque con las grandes excavadoras para el desmonte de estéril (stripping shovel), aun cuando, prácticamente han desaparecido del mercado minero, existen todavía en USA y URSS con mas de 40 años de utilización continuada, tiene las siguientes ventajas. -
Menor coste de inversión por metro cúbico de capacidad de cazo.
-
Menor coste de operación y de consumo de energía por metro cúbico movido.
-
La producción unitaria resulta ligeramente superior en la excavadora (unos 300.000 m3/año/ m3 de capacidad de cuba) que la de una dragalina (unos 250.000) de la misma capacidad de cuchara debido, principalmente, a que los ciclos de la dragalina serán de mayor duración que los de la excavadora.
-
Menor coste de consumo de cables por metro cúbico producido.
-
Menor necesidad de superficie de preparación de banco.
-
Mayor fuerza o capacidad para arrancar directamente los materiales más resistentes, por lo que no requerirá la voladura o bastará con una voladura suave en determinados materiales rocosos.
-
Comparada con la dragalina, una excavadora mueve normalmente el estéril a una menor distancia de transferencia directa lo que reducirá el ancho necesario del hueco descubierto.
Las principales características y capacidades de las Dragalinas y excavadoras existentes actualmente en el mercado y que se emplean en remover el estéril son, en grandes rasgos:
CAPACIDAD DE LA CUBA PLUMA
ALCANCE
PESO PRODUCCIÓN HORARIA
DRAGALINA
EXCAVADORA
m3
10 - 140
19 - 137
LONGITUD
43 - 125
30 - 66
ÁNGULO en º
32 - 38
45 - 50
ALTURA (m)
22 - 39
22 - 45
RADIO (m)
52 - 90
25 - 64
PROFUNDIDAD o altura de banco (m)
25 - 100
12 - 20
Kg m3//hora
500.000 - 10.000.000 330 - 5700
765 - 5200
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Las principales dimensiones operativas de la dragalina y excavadora pueden observarse en el gráfico:
DIMENSIONES DE LA GEOMETRÍA DE UNA DESCUBIERTA
*
A continuación co ntinuación se analizan algunos factores que son decisivos por lo que se refiere a la elección de la maquinaria del sistema americano. Las Dragalinas y excavadoras son unos equipos de enorme volumen, elevado precio y alta capacidad de producción, por lo que su coste de explotación debe resultar muy razonable. En los terrenos terrenos blandos, blandos, homogéneos y húmedos no son tan favorables como las rotopalas, pero pueden llegar a desmontar unos materiales más resistentes, con o sin previa voladura, manteniendo un reducido coste de operación y una vida de la máquina superior a los 25 años, con unas bajas amortizaciones por hora trabajada o por metro cúbico movido. Para realizar un estudio comparativo es preciso hacer referencia a los factores de operación y utilidad. utilidad. Los primeros de ellos son los alcances, los radios y alturas de vertido que limitan las posibilidades de excavación con un vertido directo de los estériles sobre la escombrera. La disponibilidad, la eficacia de la operación, el factor de llenado de cuchara y la duración del ciclo, condicionan la capacidad de producción de éstas máquinas. Una estimación muy conservadora de estos factores permite llegar a la conclusión de que para equipos con cuchara cuchara de 30 a 70 m3 , es necesaria una capacidad de la cuba mayor en el caso de usar la Dragalinas, alrededor de un 13%, para poder obtener la misma producción que con una excavadora. Un valor empírico que puede servir para la evaluación de estas máquinas es el factor de utilidad que se define como el producto de la capacidad de su cuchara por el alcance. Al ser éste superior en las Dragalinas del orden del 20%, resulta para ellas un factor de utilidad mayor, que puede calcularse para cada caso particular. Los factores de utilidad están relacionados con el peso total
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS en servicio de las máquinas, existiendo entre ambos una proporción aproximadamente constante. Así Woodruf indicaba (1.966) que por cada unidad del factor de utilidad, expresado en pies por yardas cúbicas, corresponderá un peso de 745 libras en el caso de excavadoras y de 575 para Dragalinas, habiéndose reducido posteriormente este último valor a 435 libras, debido al avance en el diseño y empleo de unos materiales más ligeros en la superestructura. En general la dragalina tiene un peso inferior en un 20% al de una excavadora de cazo equivalente. Dado que el precio está relacionado con el peso, puede así estimarse el coste de inversión para la dragalina menor que para la excavadora comparable. De todo lo indicado se deduce que, para efectuar un trabajo determinado, con la dragalina se obtiene un mayor radio de vertido y se requiere una mayor cuchara, es decir, una máquina con un factor de utilidad superior al que correspondería a una excavadora. Si comparamos las dos máquinas con igual factor de utilidad, la dragalina tiene un mayor alcance y una menor cuchara, por lo tanto la excavadora da una mayor producción y la dragalina puede descubrir una capa de mineral más profundo. Una vez que se llegan a determinar las características de las Dragalinas y excavadoras se debe realizar un estudio de los costes de inversión y operación, en colaboración con los suministradores o fabricantes, a partir del cual se define el sistema más idóneo y se puede tomar o recomendar una mejor decisión. En la figura se puede observar como varían los costes en función de las capacidades de cazo. Cabe señalar como, a partir de los 75 m 3 de capacidad de cuba, el coste por m3 se mantiene prácticamente constante y sensiblemente igual para los dos sistemas. En cuanto a las secuencias operativas del sistema, la primera consiste en excavar un hueco inicial o box-cut que se profundiza hasta el techo del mineral, después de haber-
VARIACIÓN DE LOS COSTES EN FUNCIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA CUBA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS se retirado toda la tierra vegetal en el área de preparación y en la que se coloca el primer y exterior vertedero. Posteriormente se debe extraer el mineral perteneciente al hueco inicial, pasando a colocar en las siguientes fases el estéril de la siguiente zanja o corte adyacente en el hueco producido por el arranque anterior, y así sucesivamente. Para la carga del mineral es más corriente el uso de menores excavadoras eléctricas, hidráulicas o de palas cargadoras, cuyas principales características quedan reflejadas en el siguiente cuadro y en las tablas ( Mining Magazine de Abril de 1989). CAPACIDAD DEL CAZO
LONGITUD DE LA PLUMA
PESO
POTENCIA
PRODUCCIÓN
m3
m
t
HP
m3/hora
EXCAVADORA
6 - 50
8 - 25
200-1600
200 - 1000
500 - 1800
PALA CARGADORA
6 - 20
5-8
25 - 85
250 - 800
500 - 1000
EXCAVADORA HIDRÁULICA
5 - 35
6 - 12
100 - 540
300 - 1000
400 - 1200
UNIDAD
El transporte del mineral al exterior de la mina se realiza, en general, por volquetes con descarga por el fondo, o por camiones convencionales de dos ejes, o por ferrocarril o en casos más raros por cintas alimentadas a través de tolvas, siendo preciso en cualquier caso una gran infraestructura minera, cuyo diseño debe estar íntimamente relacionado con el sistema de transporte. OPERACIÓN COMBINADA DRAGALINA Y EXCAVADORA/VOLQUETE En un estudio recientemente realizado por los mineros americanos en un gran número de minas en las que los sistemas empleados eran las Dragalinas y en otras los sistemas más tradicionales en Europa de excavadoras o palas con volquetes se demostró el menor coste de la operación para el sistema de Dragalinas, acentuándose la diferencia conforme aumentaba el ritmo o volumen anual de estéril movido por un mayor ratio o una mayor profundidad de la explotación
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS EL SISTEMA ALEMÁN Se trata del otro gran sistema empleado en la minería de transferencia y se utiliza, casi exclusivamente, en los yacimientos de lignitos o de minerales muy blandos. Aunque dentro de este sistema se pueden distinguir las excavadoras de Noria de cangilones y la Rotopala o Excavadora de rodetes, esta última es la más empleada en la actualidad, debido al gran desarrollo y avance en el diseño que han sufrido desde la segunda guerra mundial. El sistema de rotopalas es empleado desde hace decenios en las minas de lignito de las antiguas Alemanas, por lo que es conocido con el nombre de "Sistema Alemán". Las características normales de los yacimientos donde se aplican generalmente, salvo en algunas notables excepciones como en el caso de las minas gallegas, son: -
Capas u horizontes mineralizados con buzamientos menores de 10º.
-
Mantos de carbón potentes, a menudo con intercalaciones de capas de estéril de espesores relativamente pequeños, formando un auténtico hojaldre (Casos de Puentes de García Rodríguez en capas, y de Meirama en masa).
-
Tectónicamente tranquilos y muy estratificados (Salvo en el caso de Meirama).
-
Recubrimientos con bajas resistencias y poca abrasividad, susceptibles por tanto de un arranque directo.
Las principales ventajas de este método son: -
Gran producción y rendimiento horario.
-
Menor consumo de energía que en las máquinas cíclicas por m3 movido.
-
Altamente selectivas al poder seguir las inflexiones de las capas y separar intercalaciones de muy poco espesor (50 cm).
-
Posibilidad de cargar el material para su posterior transporte, bien en cintas transportadoras, o en ferrocarriles o en volquetes.
-
Poseen un gran radio de descarga, por lo que la restitución del terreno podrá tener un bajo coste, si se realiza el vertido directo del estéril.
Las desventajas principales son: -
Maquinaria muy cara y difícil de contratar.
-
Baja disponibilidad global (menor del 60%).
-
Poca flexibilidad a los cambios en la secuencia de la explotación. Requiere una fuerte planificación y control.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
Se adapta muy mal a los cambios de resistencia o de abrasividad del material.
-
Bajo rendimiento con relación a la selectividad.
-
Fuerte programa de mantenimiento.
-
Requiere una gran superficie de preparación y de banco.
-
Poca protección de los mecanismos en comparación con las palas excavadoras o Dragalinas, por lo que el ambiente de polvo, agua o viento, resulta muy nocivo para su disponibilidad global.
-
Poca maniobrabilidad y flexibilidad.
-
Tecnología muy cara, reparaciones largas y costosas y dependencia del extranjero en algunos repuestos básicos.
La Rotopala como máquina o conjunto consta de, esencialmente, las siguientes partes o dispositivos mecánicos principales: -
Brazo de carga, portador del rodete de cangilones y en ocasiones de la cabina del operador.
-
Sistema de descarga, constituido por una o varias cintas transportadoras, directamente al mismo vertedero o a un sistema exterior al hueco.
-
Chasis portador de los equipos fijos y giratorios, en donde podrán estar situados los puestos de mando y de control.
-
Mecanismos de traslación, constituidos por varias orugas de gran anchura.
EXCAVADORA DE RODETES DE VERTIDO SOBRE SISTEMA DE CINTAS
El equipo de excavación lo forman principalmente: el rodete de cangilones y el brazo de carga. El rodete lleva un número variable de cangilones (8-16), algunos de ellos con o sin fondo, y el diámetro varia, según los modelos, entre 1,80 y 18 m.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Una de las variables que mejor define a una Rotopala es la altura del frente de trabajo que en el siguiente cuadro se puede observar junto a otras características de las unidades más empleadas, que permiten diferenciar los parámetros más críticos de las mismas. CUADRO DE CARACTERÍSTICAS DE LAS ROTOPALAS Numero de
Capacidad del
Producción
Altura del frente
Peso de trabajo
cangilones
cangilón
máxima
m3
m3/h
m
t
8
0,6
2.700
24
1.780
8
1,2
3.200
28
2.100
10
2,8
7.500
35
5.200
12
4
8.500
50
5.984
Una de las últimas unidades puesta en servicio (1.978) se encuentra en la mina a cielo abierto de Hambach-Colonia, siendo actualmente la Rotopala más grande del mundo con un rodete de 21,6 metros de diámetro, 18 cangilones, 225 metros de longitud, 84 metros de altura y con una capacidad de producción diaria de 240.000 m3 de material in situ. El peso en servicio de esta gigantesca excavadora asciende a 13.000 t. Tanto las características del yacimiento como de la propia zona de trabajo (pluviosidad, orografía, etc.), dan lugar a un planeamiento de la explotación basado en los siguientes secuencias de operación. +
1) Frente de trabajo
2) Vertido de estéril
* .
semicírculo
+
directo al hueco indirecto al hueco exterior al área minada
* .
+
3) Sistema de transporte
recto
* .
Cinta transportadora Ferrocarril Volquete
El trabajo puede estar combinado con otras maquinas de arranque como la dragalina o una pala o excavadora e incluso en Puentes de García Rodríguez se ha utilizado en una parte del yacimiento el arranque y transporte con mototraillas y en Meirama para las rocas más duras de los laterales se emplean sistemas propios de la corta con perforación, voladura, gran excavadora
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS de cables y volquetes, con trituración en el fondo de la mina para poder transportar con cintas. 1)
La disposición en frentes rectos es la más propia para el arranque selectivo de aquellos estratos de pequeña potencia, y el frente de trabajo en semicírculo lo es para el arranque de los estratos de gran espesor, cuya explotación puede asimilarse a un gran movimiento de tierras. El avance espectacular logrado en los últimos años en el diseño y construcción
FRENTE DE TRABAJO RECTO
de cintas transportadoras ha logrado que la variante de la explotación en frentes rectos, sea hoy la que se implanta mayormente en las minas de nueva apertura.
2)
Siempre que se pueda se debe tender al vertido directo del estéril en el hueco abierto por la explotación. De esta forma:
-
Se rellena la cavidad abierta en la excavación, reconstituyendo la topografía de la zona.
-
Se abaratan los costes, pues la distancia al
vertedero exterior es
FRENTE DE TRABAJO EN SEMICÍRCULO
generalmente menor. En cualquier caso, siempre es necesario comenzar vertiendo el estéril en una escombrera exterior, ya que por razones de garantía de continuidad y seguridad es conveniente mantener una aceptable separación entre los bancos de trabajo en la mina y las terrazas de apilado de la escombrera interior. Esta distancia de seguridad es variable y depende fundamentalmente de: -
La geometría de la mina y estructura del yacimiento.
-
Las características geológicas y geométricas del banco de fondo del hueco.
-
Propiedades geomecánicas del estéril vertido.
-
Sistema de vertido y escombrado elegido.
-
Pluviometría de la zona.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
ROTOPALA DE VERTIDO DIRECTO
Si la estabilidad de los taludes del estéril apilado fuera tal, que se pudiera hacer la distancia de seguridad mínima, el vertido se puede realizar de forma directa a través del brazo de descarga, en forma de un puente de transferencia. (Ver figura del International Mining). En estos casos la extracción del carbón se puede realizar mediante otro equipo, bien con Rotopala o bien con excavadora o palas cargadoras. Actualmente el sistema de vertido indirecto y por fuera al hueco excavado, es la técnica que más se utiliza por las siguientes ventajas que ofrece: -
Mayores anchuras de los bancos de trabajo y por lo tanto una mayor maniobrabilidad y libertad operativa.
-
Menor influencia de la estabilidad de taludes.
-
Posibilidad de utilizar el mismo sistema de transporte para el estéril y el mineral.
-
Explotación de varias capas a diferentes profundidades, al liberar el fondo del hueco operativo. Posibilidad de formar varios bancos.
El estéril debe verterse por medio de escombradoras, stackers o apiladoras, logrando una disposición adecuada en forma de terrazas, para su posterior nivelación con tractores y reclamación agrícola o forestal.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
SECUENCIA DE AVANCE EN VERTIDO INDIRECTO
Si las características geomecánicas del estéril y la pendiente del fondo del yacimiento impiden que fuera utilizada la zona ya explotada como escombrera, obligaría a ejecutar y planificar un vertido del estéril exterior a la explotación, aun cuando en algún momento se podría empezar a rellenar el hueco del yacimiento. Es el caso de las minas gallegas. Este sistema de vertido presenta graves problemas de ocupación de terrenos y elevación del coste debido a las mayores distancias de transporte. Así ocurre en la mina de Puentes de García Rodríguez, en la que la pendiente de fondo, la naturaleza de los mismos estériles (arcillas) y la gran pluviosidad de la zona, han obligado a la elección de una escombrera exterior. No ocurre así en otras minas europeas, pero igualmente es necesario hacerlo en una parte de Meirama, por lo que se puede hablar de una variante gallego-alemana. El transporte de estéril y lignito se realiza por medio de cintas, procedentes de las distintas máquinas o bancos, que al llegar a un punto fijo (estación de transferencia) derivan el estéril hacia la escombrera y el lignito hacia el parque de trituración y homogeneización de la central térmica. Para que la producción de la Rotopala sea óptima debe haber una gran eficacia y organización en el sistema de acoplamiento Rotopala-circuito de transporte, que debe situarse en un centro de control exterior y que a modo de torre de control dominará visualmente todo el sistema además
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS de estar conectado electrónicamente con él. Este sistema de control debe reunir las siguientes características y perseguir los siguientes objetivos: -
Gran capacidad.
-
Facilidad de control automático a distancia.
-
Flexibilidad, para adaptarse a los cambios del frente y a las fluctuaciones de la producción, tanto de mineral como de estéril.
-
Un reducido y bajo coste unitario, pues un ligero aumento de este representará un incremento en el costo total de la tonelada de mineral.
-
Una seguridad en el funcionamiento, pues las averías podrán llegar a parar la producción, y multiplicarse al ser un sistema en serie muy r ígido.
-
Una cierta movilidad y unos potentes servicios auxiliares para lograrlo.
DETALLE DE LA ESTACIÓN DE TRANSFERENCIA EN PUENTES
Estos condicionantes junto con el enorme desarrollo alcanzado en la tecnología del diseño y construcción de las cintas transportadoras, hacen que este sea el sistema más adecuado en las operaciones de gran duración y con grandes distancias de transporte. No obstante el sistema convencional de volquetes puede ser adecuado cuando las distancias de transporte son más reducidas, mientras que el ferrocarril debe todavía considerarse para unas mayores distancias con pendientes muy suaves en los antiguos yacimientos que se explotan desde hace más de 35 años. 4) Existen diversas posibilidades de trabajo combinado con la Rotopala. La más empleada en USA es la combinación con excavadora de arranque (stripping shovel), dedicándose esta al arranque
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS de estratos de las rocas más resistentes, que yacen en contacto con el carbón, mientras que la Rotopala excava los niveles más superficiales con menor cohesión y resistencia y que son las mejores tierras de cultivo. Esta última puede realizar la excavación en profundidad, de tal forma que crea un OPERACIÓN COMBINADA DE ROTOPALA Y EXCAVADORA banco de trabajo de una anchura suficiente, que puede ser utilizado como banco de perforación cuando se requiere la voladura en el arranque del estéril más profundo, las dos unidades se sitúan directamente sobre el techo del carbón. Otra combinación menos corriente es la constituida por la combinación de Rotopala-dragalina. A diferencia con el caso anterior los dos equipos operan desde el banco de trabajo que es excavado por la Rotopala (ver figura adjunta) creando un problema en la mala secuencia de trabajo con materiales que requieren ser perforados y volados. Tanto en una como otra variante se realiza una transferencia directa del estéril al hueco excavado. OPERACIÓN COMBINADA DE ROTOPALA Y DRAGALINA
La maquinaria utilizada en este tipo de operaciones con el sistema de Rotopala, puede clasificarse en: -
Maquinaria Principal.
-
Auxiliar.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS En el capítulo de maquinaria principal utilizado en este método de transferencia se distinguen: -Rotopalas o excavadoras de rodete o cangilones. -Apiladoras (en caso de vertido en zonas exteriores a la explotación o vertido indirecto al hueco). -Cintas transportadoras para el carbón ( y para el estéril en el caso de utilizar apiladoras). -Circuito eléctrico de abastecimiento del sistema. Dentro de la denominación de maquinaria auxiliar, que engloban aquellas unidades para el servicio y mantenimiento de la mina, se pueden distinguir: -
Niveladoras.
-
Máquinas de ripado de cintas.
-
Palas cargadoras.
-
Tractores con orugas especiales de baja presión.
-
Camiones y vehículos de transporte especiales.
-
Bombas de desagüe.
-
Torres de iluminación.
-
Sistemas de comunicaciones y de control en tiempo real por ordenador.
En cuanto al suministro y forma de energía, casi siempre eléctrica, al variar la situación de los puntos de consumo durante el desarrollo de la explotación, hay de buscarse una localización de la subestación de transformación y control que hace mínimos los tendidos y con una distribución fácil. La alimentación eléctrica a las grandes máquinas (excavadoras, apiladoras, etc.) se hace directamente a alta tensión (20 KV), mientras que los motores de las cintas transportadoras y de otras máquinas auxiliares se puede alimentar a una menor tensión ( 6 KV).
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XIX. LAS EXPLOTACIONES PROFUNDAS O CORTAS Se definen, esencialmente, como unas explotaciones a cielo abierto tridimensionales (importante profundidad) con un gran número de bancos descendentes, de masas de rocas o de minerales de baja ley que, por su estructura o buzamiento obligan a una profundización, la cual exige la extracción de materiales estériles, tanto interiores como externos al criadero, y que tienen que ser depositados en unos vertederos exteriores al propio hueco, por quedar siempre mineral en el fondo. La altura final de la explotación es una variable del diseño geométrico del hueco proyectado.
DIFERENTES FONDOS DE UNA CORTA
SECCIÓN DE BINGHAM CANYON
Sus magnitudes, desarrollo y dificultades, por tener que profundizar, han convertido a este método de cielo abierto en el más avanzado técnicamente, y aún cuando sea superado en el volumen
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS movido anualmente por algunas explotaciones de descubierta; las cortas son, en general, unos movimientos de gran escala, con un arranque de unas rocas más resistentes, con importantes problemas de estabilidad de los taludes, con la necesidad de aplicar algunas técnicas de selectividad para reducir la dilución entre las rocas estériles y los minerales, con unas mucho mayores distancias de transporte tanto en horizontal como en vertical y por supuesto con unas importantes profundidades que alcanzan hasta los 700 m. en la histórica mina de Bingham Canyon (Utah).
El proceso básico para realizar una corta convencional consiste en la apertura de unos bancos sucesivos para la creación de un hueco o excavación que descubra el mineral tras el movimiento del estéril hacia los vertederos interiores o exteriores, mediante la ejecución de unos barrenos en los que se coloca una carga de explosivos para lograr la fragmentación de la roca en tamaños manipulables por la maquina de carga, que puede ser una excavadora o una pala, que lo coloca sobre una unidad de transporte como volquetes, vagones de ferrocarril o cintas transportadoras, en cuyo caso puede ser requerida una trituración en la mina para lograr el tamaño más adecuado, que lo llevan hasta la planta de proceso, si fuera mineral o al vertedero si fuera estéril.
ESQUEMA GENERAL DEL PROCESO DE UNA CORTA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
EXPLOTACIÓN POR CORTA DE CAPAS DE CARBÓN
*
Algunos de los problemas específicos específi cos que una explotación por el método de corta puede plantear son: -
La definición del mineral y su separación a partir de una ley mínima de corte,
-
la exis existe ten ncia cia de de min miner era ales les marg margin inal ales es que que habr habrá án de de alm almac ace enars narse e,
-
la esta stabili ilidad de grandes talud ludes y ve vertederos ros,
-
las relaciones de estéril a mineral y
-
la necesid necesidad ad gene genera raliliza zada da de cont contar ar con con una una pla plant nta a de de conc concen entr trac ació ión n par para a trat tratar ar todo todoss los minerales y poder elevar su contenido pagable hasta el mejor valor vendible,
y en su resolución ha estado el avance de la tecnología minera que ha caracterizado a este método método de minería minería que que si es muy clásico clásic o para extraer los minerales metálicos como, Hierro, Cobre, Plomo, Zinc, Aluminio, Uranio, Oro y otros, se ha empezado a aplicar también a otras substancias como en los Carbones en capas muy inclinadas, en los minerales industriales (Feldespato, Caolines, Piritas, etc.), con buzamientos casi verticales e incluso en las mismas rocas ornamentales como los mármoles y granitos de gran valor que se han visto obligadas a profundizar las canteras. (Super-quarries)
Todos esos graves problemas, cuya solución o reto ha dado lugar a la aparición de técnicas y maquinaria para su aplicación en este método y conseguir reducir los costos que implica la mayor profundización, tan especiales como:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
Utilización permanente del ordenador para la planificación y el control y del espectrógrafo para el conocimiento de las leyes.
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Importante planificación y control de masas y leyes.
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Evaluación dinámica de las reservas de mineral.
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Perforación de barrenos con diámetros mayores de 50 mm.
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Grandes voladuras con explosivos a granel.
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Empleo de grandes excavadoras eléctricas e hidráulicas con capacidades mayores de 10 y hasta de 50 m3 .Palas cargadoras de hasta 20 m 3 de cazo.
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Volquetes mineros de más de 50 y hasta 300 Ton.
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Plantas móviles de trituración para poder emplear un transporte por cintas de gran capacidad y continuidad en fuertes pendientes.
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Cintas transportadoras para granulometrías de roca de más de 200 mm. y con anchos de banda de más de 1 500 mm.
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Maquinaria auxiliar de gran tamaño para el mantenimiento de la mina, de instalaciones o de la maquinaria.
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Control y empernado de taludes y bancos.
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Drenajes y desagües de grandes caudales de líquidos.
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Torres de control de tráfico y operaciones mineras.
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Iluminación nocturna de los tajos de trabajo.
La secuencia de trabajo en una corta viene definida por la sucesiva y reiterativa apertura y formación de los bancos o niveles de trabajo descendentes hasta alcanzar la profundidad final calculada y en la conexión planificada entre los bancos mediante unas rampas con una pendiente más o menos constante.
La existencia de mineral en el último banco planeado de la explotación impide el depósito del estéril en el fondo de la mina o sea en el propio hueco, ya que en su día podría ser también económicamente explotable. Lo cual no quiere decir que no pueda ser realizado el relleno del hueco al cabo de cierto tiempo o por la separación de módulos espaciales.
La determinación del talud final e incluso de los parciales en algunas zonas de la mina, constituye un gran problema que debe resolverse previamente para poder establecer la altura crítica de la explotación, y con ello el fondo final, que viene definido fundamentalmente por la relación de
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS estéril a mineral que el precio de venta del mineral es capaz de pagar. Este ratio límite económico es el llamado Break-even Stripping ratio y viene definido por la fórmula: Precio de venta - costes de extracción extracción mineral RL = -------------------------------------------------------------------------------------------------------coste de extracción estéril
P v - Σc = --------------------------CE
COSTE Y LIMITES DE LOS RATIOS DE EXPLOTACIÓN E/M
*
Se denomina ratio, E/M, a la relación entre el estéril a mover, E, necesario para descubrir y poder arrancar M toneladas de mineral. El concepto de ratio, al ser temporal y espacial, es un elemento de la planificación técnica y no una herramienta de carácter económico.
Existen, pues, algunos otros conceptos ratio además del ya mencionado ratio límite económico, como son:
Ratio inicial: Desmonte mínimo necesario para descubrir las toneladas iniciales necesarias para mantener el ritmo anual, que en lógica es infinito, pero que se calcula en base a las toneladas descubiertas al iniciar la mina.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Ratio anual: Desmonte preciso o programado para un período de un año con objeto de mantener el ritmo de extracción en los años posteriores.
Ratio final: Es aquel que comprende todo el período fijado para la vida del proyecto considerado.
Se denomina histograma de ratios a la curva real de los volúmenes de estériles estériles E(m3) y de las tonelada toneladass M (t) extraídas a lo largo de la vida de la mina. Constituye un valioso control del avance o del retroceso con relación al proyecto o plan preestablecido.
En función de los ratios iniciales y de los límites, se debe establecer la altura crítica de la explotación y con ello HISTOGRAMA DE RATIO REAL Y DE PROYECTO
*
el fondo de la mina, que es la base fundamental para establecer los pro-
gramas anuales de trabajo y marca la posibilidad de una cierta restauración o rehabilitación de la zona afectada por la minería.
Otros parámetros de importante peso, en el diseño de las operaciones mineras por el método de corta, son las magnitudes geométricas de los bancos y en especial su altura, que debe tratar de permanecer constante a lo largo de los sucesivos niveles y que contribuye a determinar la adecuada selección de la maquinaria. También la anchura de trabajo determina la holgura operacional, base de un trabajo cómodo y más económico, así como la longitud y número de los bancos abiertos en operación.
En España existen grandes ejemplos de la mejor minería por cortas de Europa como son los casos de Alquife, Cartagena, Río Tinto, Aznalcollar, Reocín, Cala, Almadén y las más modernas
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS aplicaciones en las explotaciones de capas de carbón muy inclinadas y por banqueo descendente entre las que destaca Puertollano en la que ha sido posible combinar la explotación por corta en bancos descendentes con una transferencia del estéril al propio hueco de la mina.
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SECUENCIA Y MAQUINARIA POR EL MÉTODO DE CORTA La minería por "corta" o minería profunda viene definida como un método tridimensional, para poder alcanzar grandes profundidades, a través de un sistemático y múltiple banqueo descendente. Este método de explotación se aplica normalmente en aquellos yacimientos cuyas características principales sean: -
Potentes capas o masas con buzamientos superiores a 25º y más generalmente, los de buzamiento vertical.
-
Conjunto Conjunto de capas o filones, con potencias muy variables o de yacimientos complejos con una difícil selectividad del mineral.
-
Cuando Cuan do el arranque del estéril y/o del mineral requiere la ejecución de perforación y voladura con explosivos.
-
Cuando Cuan do las reservas demostradas no permiten una gran inversión inicial, como las que se requieren en otros métodos más específicos o se piensa en contratar la operación con maquinaria de obras publicas o convencional.
El diseño básico de una explotación profunda, de acuerdo con las etapas de la Ingeniería minera, explicad explicadas as anter anteriorme iormente, nte, consiste en el diseño geométrico del hueco, de los bancos y las rampas, con una idea previa de la maquinaria o de el tamaño a utilizar, para posteriormente seleccionar la maquinaria y formar el personal. Dentro del diseño geométrico el punto más importante es la determinación de las características del banco de operación, que por su carácter repetitivo es la constante más importante que afecta a la eficiencia y los costes de la mina. Como criterios recomendables para la geometría del banco podemos enunciar los siguientes: a)
La altura del banco debe estar en equilibrio con la máquina de carga. Entre 10 y 15 m para las excavadoras eléctricas y menos de 10 m para las palas cargadoras.
b)
La anchura de la zona operativa del banco debe estar entre 3 y 5 veces la altura, para que quepan "holgadamente", la voladura, la carga y el transporte más una zona de seguridad.
c)
El número de bancos en operación no debe ser escaso ni excesivo siendo recomendable el número de 4: uno en investigación, otro en apertura, otro en plena producción y otro
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS terminándose. d)
La longitud total de banco (suma de los bancos abiertos) debe ser directamente proporcional a la producción e inversamente a la altura del banco.
e)
Otro factor de diseño esencial es la rampa de unión entre los bancos y los puntos de descarga de mineral o estéril cuya pendiente depende esencialmente del sistema de transporte a utilizar y cuya anchura, al igual que la del banco debe ser entre 3 y 5 veces la necesaria para el módulo unitario del transporte por volquete, cinta o ferrocarril.
Los sistemas y la maquinaria que se aplican convencionalmente en los movimientos de arranque y transporte de las rocas y del mineral de las cortas con importantes profundidades se pueden agrupar en:
I.- Tractores Además de sus otros múltiples usos en los servicios de la mina, los tractores o bulldozers pueden ser utilizados en el arranque y empuje del material más superficial hasta el borde del banco en sistema de arranque y transporte. También, como una máquina de arranque, se puede utilizar empleando el riper o escarificador, arrancando y extrayendo las rocas más débiles y superficiales en donde la voladura no fuera necesaria. La distancia límite económica de arranque y arrastre con tractor suele estar en unos 150 metros generalmente.
Es el caso de Andaluza de Minas en Alquife (Granada) que, para remover unos 14 millones de m3/año de aluviones, utilizaban los más grandes tractores disponibles que arrancaban, empujaban y transportaban hasta unas tolvas que alimentaban a largas cintas de transporte hasta el vertedero (Rock-Belt).
II.- Mototraillas Aunque su nacimiento y mayor utilización está en las obras publicas y civiles, también se pueden emplear en algunas zonas u operaciones mineras para aquellos materiales blandos y muy bien fragmentados hasta una granulometría de 30 x 30 cm. La distancia límite económica de transporte con mototraillas está situada entre los 600 y 800 m. en material escarificable, y entre los 1.000 y 1.500 m. para terrenos sueltos de excavación directa.
Se emplean muy económicamente para la restitución del terreno y especialmente en el movimiento
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS de la tierra vegetal y también son muy útiles en las fases iniciales del desmonte con los materiales muy alterados como fue el caso de Aznalcollar y Sabero o en la minería de los materiales blandos como para la extracción de las arenas, los lignitos, los fosfatos y las bauxitas.
III.- Retroexcavadora con Volquete Por sus especiales características de trabajo este sistema se suele utilizar más para la extracción y limpieza del mineral que para la carga y transporte del estéril. Las mayores ventajas de emplear una máquina del tipo de la Retroexcavadora son: -
Mejor limpieza del mineral, y por consiguiente, una menor dilución o mezcla del mineral con el estéril, dado el mayor control y la facilidad de colocación del cucharón de la máquina en el frente del banco, así como por el uso de unas especiales cucharas o aditamentos para el arranque, la limpieza y la carga.
-
Al poder permanecer la Retroexcavadora y el volquete en un nivel superior, se puede suprimir o retrasar la ejecución de la rampa de acceso al último nivel y así poder trabajar en una zona más preparada y con menores problemas de arranque o de presencia de agua
Como principales desventajas, podemos destacar: -
Se podría dar lugar a una inversión de las fases de descubierta y extracción del mineral muy peligrosa a medio plazo para la mina.
-
La capacidad de la cuba es generalmente muy limitada y también la longitud del brazo lo que obliga a unos bancos más pequeños y unas producciones bajas, insuficientes en general para mover los grandes volúmenes de estéril.
-
El piso inferior puede quedar en peores condiciones, al ser el avance en retirada y no ver el operador el frente directamente.
-
El operador no visualiza el mineral tan frontalmente como con la pala o excavadora frontal, con lo que se puede perder algo de selectividad.
IV.-Dragalina Es la maquinaria más apropiada para el sistema americano de transferencia, y con su desarrollo en capacidad está siendo empleada cada vez más en el fondo de algunas explotaciones de método mixto. Este sistema es muy adecuado para el arranque y el vertido directo de aquellos materiales de resistencia baja (menos de 40 MPa). Su operación viene a ser como la de las retro excavadoras, pero con unas mayores dimensiones de cuba y de longitud del brazo.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Por las ya citadas características de los yacimientos en donde se puede y debe aplicar el método de corta, se descarta en general la utilización de este sistema, excepto para los últimos metros del fondo de la explotación. En estos casos se tendría que extraer tanto el mineral como el estéril, pudiéndose producir una dilución del mineral y, obviamente, un bajo recobro para las capas estrechas, debido al gran tamaño, al poco control y a la forma de maniobrar, por lanzamiento, del cucharón.
Aunque Aun que este sistema es muy competitivo en costes con el mixto constituido por excavadoras y volquetes para los últimos metros de la explotación, suele rechazarse en base a ciertas consideraciones prácticas de duplicidad de maquinaria, salvo en las grandes operaciones de ultramar, nuevas y con unas grandes reservas.
V.- Excavadora/Volquete (Pala/Volquete)
*
Dentro del método de explotación por corta, el sistema cíclico de carga diferenciada con pala o excavadora y de transporte con volquetes mineros es el llamado convencional, siendo muy práctico, bien ensayado y probado en todo el mundo. Las características principales de este sistema son: -
Gran flexibilidad operativa para imprevistos cambios de tajo o del material.
-
Rango de distancias económicas muy elevada.
-
Alta fiabilidad y disponibilidad mecánica del sistema
-
Fácil contratación de la maquinaria por su similitud con la utilizada en la Obra Pública.
-
Buena selectividad entre mineral y estéril, pudiéndose separar muy fácilmente los diferentes materiales de una explotación.
Como normas habituales en el dimensionado y el diseño del equipo principal, en este sistema convencional, se deben considerar o recomendar las siguientes: -
Una máquina perforadora por cada excavadora si no se realiza el arranque directo. Una equilibrada relación en tamaños está en 1" de diámetro del barreno de perforación por cada m3 de capacidad capacidad de la cuba cuba de la cargadora. cargadora.
-
Una excavadora para cada tipo de material o para cada banco siendo de una menor capacidad la máquina dedicada al arranque del mineral, por su menor producción y su especial selectividad, que la máquina de carga del estéril, cuyo objetivo es el menor coste, lo que en general se obtiene con la mayor cuba.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
Tres o cuatro volquetes por cada excavadora, lo que es función de la longitud y del perfil del transporte y de la capacidad del camión, pero que deben estar equilibrados con la capacidad de la cuba. Una buena relación está en el orden de unas 10 t de capacidad de transporte por cada m3 de capacidad de la cuba de la cargadora o que el ciclo de llenado de la unidad de transporte sea entre 2 y 3 minutos.
-
Para la limpieza del techo de las capas de carbón o de horizontes mineralizados similares y antes de arrancarlas y cargarlas con palas u otras máquinas, se pueden utilizar las retro excavadoras, tanto para la limpieza del techo y muro como para después de la carga. En estos casos de capas estratificadas la máquina retro debe ir equipada con una cuchara con hoja plana para la mejor limpieza y tener el suficiente alcance para poder realizar el trabajo en toda la altura del banco.
-
Tractores de orugas, de neumáticos y motoniveladoras en número suficiente para el mantenimiento de las pistas y para limpieza en general, especialmente de las áreas de carga de la excavadora y del mantenimiento de los vertederos. Los tractores de orugas se emplean para nivelar los baches de al menos 1 yarda (0,90 m) de altura, los tractores de neumáticos para los baches de hasta 1 pie (0.30 m ) y la niveladora para arreglar y terminar las superficies de bancos y pistas con baches de hasta 1 pulgada (25,4 mm)
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Camiones de riego para la eliminación del polvo en el tajo, pistas, caminos y vertederos y para mejorar el ambiente de toda la zona de trabajo.
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Compactadores, que se emplean en la construcción o en el mantenimiento de pistas, de terraplenes y en ocasiones en los vertederos o vacies, para así reducir el volumen ocupado y mejorar la estabilidad final.
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Talleres móviles y de servicios para la maquinaria pesada y fijos para las máquinas más sencillas y móviles (volquetes, palas, tractores, etc).
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Estaciones de servicio para el repostado de consumos.
Se trata, pues de un método y sistema más complejo por el gran número de los elementos, pero mucho más flexible y por ello muy popular en la minería moderna.
Secuencia de ataque o frente de explotación Dentro del método convencional de explotación por un banqueo descendente o corta, puede efectuarse el ataque o secuencia de avance en tres direcciones, principalmente en el caso de los yacimientos de los minerales sedimentarios con una morfología longitudinal y alargada, aunque
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS es valido para cualquier tipo, pues siempre existe una dirección preferente y de mayor longitud. (Determinar la elipse de las direcciones en los yacimientos de carbones, fosfatos, filones metálicos, etc). Estas secuencias de avance son: A.1.- Explotaciones longitudinales (paralelas al rumbo). A.2.- Explotaciones transversales (normales al rumbo). A.3.- Explotaciones diagonales o mixtas (en ángulo con él).
A.1.-Explotación longitudinal Este tipo de secuencia o avance de la explotación consiste en llevar la operación de arranque en unos bancos paralelos a la dirección de las capas o de los filones.
PERFIL TRANSVERSAL EN UNA EXPLOTACIÓN LONGITUDINAL
El desmonte se debe iniciar en las cotas superiores del yacimiento, atacando en toda su longitud y progresando de techo a muro del paquete mineralizado. Una vez que el banco superior haya avanzado una distancia que se estimará como suficiente, se puede iniciar el arranque en un nuevo segundo banco, a una cota inferior, progresando igualmente de techo a muro, y así sucesivamente hasta llegar al fondo proyectado de la corta.
Una variante que se emplea en algunas ocasiones, consiste en dividir la longitud total del frente de cada banco, en módulos, realizándose la excavación en cada uno de estos de una forma desfasada en el espacio. Así pues, en el primer banco se inicia la explotación de un segundo modulo simultáneamente con el arranque del primer modulo del segundo banco. De esta forma el frente global de trabajo está constituido por tantos frentes parciales como bancos existan, es decir para dos bancos, dos frentes ( B + B1 ), para tres bancos, tres frentes ( C + C1 + C 2 ) etc. cuya disposición espacial resulta de forma escalonada. Este sistema, permite en algunos casos tener un mayor margen de flexibilidad para regularizar los ratios parciales de la explotación, y al mismo tiempo lograr una homogeneización o una mezcla de las calidades del mineral en la propia
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS mina por proceder de varias capas o filones de distintos niveles.
PLANTA EN EXPLOTACIÓN LONGITUDINAL RECTA O ESCALONADA
Las principales ventajas de esta forma de ataque son: -
Rápido acceso al mineral en varios frentes o capas, con un menor desmonte inicial.
-
Facilidad para abrir frentes largos, lo que podrá dar una producción de mineral más flexible para así responder a las variaciones de la demanda.
-
Posibilidad de trabajar en un gran número de bancos.
Las mayores desventajas de esta solución, son: -
Los taludes finales serán poco seguros porque una vez acabados tendrán que permanecer abiertos hasta el final de la explotación.
-
Las variaciones en la producción de mineral dependerán de las potencias de las capas y de las dimensiones relativas de las intercapas o intercalaciones de estéril entre capas.
-
Mayor dificultad en la ejecución de la mezcla de minerales para lograr un control homogéneo de la calidad, aunque menor en el caso de utilizar la variante.
-
Imposibilidad de empezar a rellenar el hueco final de la explotación en una primera etapa, lo que hará más problemática la ejecución de la restauración final del terreno minado.
Como se observa en la figura adjunta, la perforación y voladura, cuando es necesaria, se tiene
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS que llevar vertical o aun mejor, inclinada hasta casi la vertical del pie de la capa o filón y el último volumen de estéril con una forma de prisma triangular, se tendrá que arrancar bien con: -
Perfo Perfora ració ción n incli inclina nada da lo más más para paralel lela a posi posibl ble e a la incli inclina nació ción n de de la la cap capa a o filón filón y post poster erior ior voladura.
-
Con Con la la mis misma ma exca excava vado dora ra,, si si la la res resis iste tenc ncia ia rema remane nent nte e de de la la roc roca a lo lo per permi mite te..
-
Ripad Ripado o con con un trac tracto torr con con pote potenc ncia ia y esca escarif rifica icado dorr ade adecu cuad ados os o con con una una Ret Retro roex exca cava vado dora ra con un fuerte diente acoplado.
ARRANQUE EN FORMACIONES FORMACIONES DE CAPAS CON LA SECUENCIA SECUENCIA DE ARRANQUE LONGITUDINAL LONGITUDINAL
A.2.- Explotaciones transversales transv ersales
*
Esta secuencia comienza en un extremo del banco más alto y debe avanzar a lo largo del rumbo de la formación. La cara de trabajo es normal a este y se extiende a todo lo ancho del banco desde el talud de techo al talud de muro. Cuando se haya avanzado una longitud lo suficiente como para permitir la operación y la movilidad del trabajo de los equipos mineros, se comienza el
SECUENCIA DE UNA EXPLOTACIÓN TRANSVERSAL DE CAPAS U HORIZONTES
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS segundo banco avanzando en él simultánea y paralelamente al anterior. Así se profundiza sucesivamente hasta el fondo de corta proyectado.
Como es natural, aunque el avance de la mina es, en verdad, transversal, el arranque del mineral se debe realizar siempre de techo a muro, siendo así más fácil su limpieza y selectividad, reduciéndose la dilución que se produciría si el arranque se efectuara normal al buzamiento.
Las ventajas de esta secuencia de ataque son: -
Permite el relleno del hueco producido y por tanto la pronta restauración del terreno, muy próximo al arranque del mineral.
-
La estabilidad de los taludes es un problema menor, pues se protege realizando rápidamente el relleno del hueco producido.
-
Proporciona unos frentes más largos que en la secuencia del ataque por explotación transversal, lo cual es una ventaja cuando se tengan que diseñar e incluir las rampas.
-
Existe la posibilidad de efectuar unas mezclas de mineral, mejorando la homogeneidad del producto minero.
La única desventaja práctica es que se retrasa el momento de efectuar el relleno, con respecto a la secuencia anterior.
A.2.- Explotaciones en diagonal o mixta
SECUENCIA DE EXPLOTACIÓN DIAGONAL O MIXTA
Como solución intermedia que intenta conseguir las ventajas de cada secuencia y disminuir los inconvenientes, está la secuencia o avance en diagonal, que tiene más de trasversal que de
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS lonmgitudinal pero que aumenta notablementa la superficie o longitud de banco abierto y un ataque a la capa, filón u horrizonte mineraliuzado más claro y con ello disminuye la dilución o separación entre el mineral y el estéril.
ESQUEMA DE EXPLOTACIÓN CON RELLENADO EN UNA EXPLOTACIÓN DIAGONAL Y TRANSVERSAL
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XX. MINERÍA HIDRÁULICA
Definición: La minería hidráulica se puede definir bien como la extracción de los minerales en aquellos yacimientos formados hidráulicamente o que están bajo el agua y también como aquella técnica que utiliza el agua como una herramienta para el arranque o el transporte de los materiales.
La primera parte de la definición viene a aplicarse a la minería aluvionar o marina de aquellos criaderos situados en: +
Tierra
- Cauces o paleocauces
Playas
- < 10 m. lámina de agua
Lagos
- baja lámina < 30 m.
* *
Depósitos hidráulicos
* * * * *
+
Mar
*
.
.
plataforma continental off shore >30 y <300 m lámina profunda >300 m.
Génesis primaria
ENTORNO DE FORMACION TRANSICIONAL DE UN PLACER PLATAFORMA
Zona de mareas
CONTINENTAL
Playa
Zona aeólica Dunas
Marea alta Marea baja
Aluvión
Aluvión Bedrock
Lentejones de minerales pesados
Limite de la zona de acción de las olas
Lentejones
EL ENTORNO DE LA MINERÍA HIDRÁULICA
SECCIÓN TRANSVERSAL DEL ENTORNO DE UN YACIMIENTO HIDRÁULICO
Para la segunda parte de la definición, el agua se puede aplicar en los siguientes procesos mineros y con las máquinas que se citan: + *
Hidromecanización
+
Arranque
.
monitores hidráulicos corte a presión
* * .
+
Transporte
* .
bombas y tuberías cursos de agua canales
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
Sistemas operativos Básicamente la minería hidráulica o aluvial es un método minero de cierta escala que utiliza un sistema de arranque del mineral junto a la planta de concentración, situada sobre una plataforma flotante; también es posible utilizar este sistema en aquellos casos, menos mineros, para la reclamación de zonas pantanosas, dragado de puertos y de canales y para la obtención de arenas, limos o lodos en los ríos o cauces próximos a las grandes ciudades.
MINERÍA POR DRAGADO EN LAGO NATURAL O ARTIFICIAL
DRAGA AMERICANA DE DOBLE CABEZA DE CORTE
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Requiere esencialmente las siguientes características de los depósitos: a)
Disponibilidad de un material susceptible de poder ser arrancado y cargado directamente.
b)
Un cierto tamaño y valor del depósito.
c)
Unas características granulométricas finas del material.
d)
Unas características impermeables del muro.
e)
Una geometría adecuada del Bed-Rock..
Puede ser realizada por dos técnicas: en seco o con la presencia de agua. + *
EN SECO
Sistema continuo
+ .
Dragas, rotopalas,. minadores continuos
*
* *
Sistema discontinuo
+ .
Dragaminas, palas, raspas, excavadoras, mototraillas
.
En estos casos se trata de una minería convencional por corta o descubierta de unos materiales sueltos con el empleo de unos sistemas muy variados de maquinaria que se utilizan para extraer: Placeres de minerales preciosos o pesados secos, Fosfatos, Potasas, Diamantes, Graveras o extracción de áridos. +
Sistema * continuo +
CON AGUA
* *
*
*
*
.
Cubas en rosario, Cubas rotativas Dragas Barcos-dragas, Cabeza cortante
* *
+
*
*
Sistema . discontinuo *
* * .
Bombas Grúas almejeras, Dragaminas, Raspas, Retroexcavadoras.
En este segundo caso se utiliza el agua como una herramienta para arrancar y transportar el material hasta la plataforma o barco que flota sobre la superficie del lago o del mar. La planta de tratamiento puede estar situada sobre la misma plataforma y los residuos, en este caso vuelven hidráulicamente al fondo o bien se puede transportar el material por una tubería hasta la planta situada en la playa u orilla. Un ejemplo muy clásico para la extracción de Sn, W, Au y Ag, como es el sistema empleado en Indonesia, Colombia y Alaska y otros países productores de minerales pesados y valiosos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS No necesariamente el agua debe ser natural o propia del curso de un río, laguna o pantano, sino que artificialmente puede crearse un lago o superficie de agua, siempre que el muro del criadero o Bed-Roca sea básica y relativamente impermeable y la necesaria reposición de liquido sobre los que flota la barcaza sea escasa y controlada.
El más antiguo sistema operativo de la minería hidráulica ha sido el clásico bateo manual realizado por el hombre en el curso de los ríos y cauces para la recuperación de algunos minerales pesados y de piedras preciosas, a través de una pequeña artesa metálica o de madera y que con un ligero movimiento oscilante de la misma sirve para preconcentrar los metales pesados y poder verter los estériles más ligeros. Es posible que un cierto sistema de minería hidráulica fuera utilizado por los romanos en la explotación del yacimiento de oro de Las Médulas en la provincia de León hace 2000 años.
De las aguas del mar Muerto también se han extraído, desde tiempo inmemorial, sales, minerales de Br, Mg y fosfatos, que pueden entenderse como otras de las más antiguas técnicas de minería hidráulica, aunque en verdad corresponde más a una minería de lixiviación con una evaporación solar.
El ejemplo actual más importante de la minería hidráulica es la minería flotante por Barcos-dragas, que con unas cabezas con norias con cangilones o con cabeza cortante o rozadora pueden arrancar y extraer algunas arenas o rocas no muy resistentes que contienen metales pesados y valiosos con leyes muy bajas, como Au, Ag, Sn, W, Ti o simplemente para minar otros materiales de poco valor como arenas y gravas, que requieran en ambos casos un bajo costo de operación (es la llamada Minería de los tres peniques) y también se puede utilizar este método minero en algunas obras civiles para la recuperación de playas, pantanos, urbanizaciones o en la Mineralurgia para el retratamiento de las presas de residuos.
No se suelen aplicar, en una minería clásica, las dragas de succión por tener una clara selectividad negativa, al extraer, preferentemente, el material más ligero y dejar en el fondo el más pesado, que en muchos casos es el mineral buscado. La tendencia moderna en la minería por Dragas es hacia el arranque directo y continuo del material con cabezas cortantes construidas con dientes y cubas de materiales muy resistentes al desgaste, y que con bombas de sólidos acopladas en la propia cabeza y a través de tuberías, normalmente forradas de goma, transportan
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS hasta la planta de proceso el material dragado, estando ésta situada sobre el barco-draga o bien a través de una tubería flotante por el lago, hasta la orilla en la que se encuentra la planta de tratamiento.
Lo verdaderamente básico de este método de minería es lograr una buena limpieza del Bed-Rock ya que en su contacto con el muro es donde se pueden encontrar las pepitas o los granos de mayor valor en el caso de los minerales preciosos o pesados, que es su mayor aplicación. Si se puede y debe emplear la draga de succión para la extracción de las arenas y tierras sin valores metálicos. Así se debe destacar a Holanda, que es la reina del dragado y del movimiento de estos materiales arenosos por sistemas continuos, para la propia construcción y defensa del país, lo cual les ha dado una avanzada tecnología, que en parte procedía de la explotación del estaño en su antigua colonia de Indonesia (Billiton).
La importancia de esta minería Actual: Es un método minero muy importante para la explotación de substancias pesadas. Oro, Plata, Estaño, Wolframio, diamantes, Titanio y otros minerales valiosos y pesados. Modernamente en Alaska, Colombia y Malasia se utilizan barcos-dragas de hasta 20.000 t de peso muerto y con unas potencias de más de 20.000 kW, a pesar de no llevar nos motores de traslación, sino que efectúan ésta a través de los cables tensores de avance o retroceso.
También es un método empleado, mediante el bombeo de los sólidos hasta el sluice o jig desde los huecos o excavaciones practicados en las playas u orillas de ríos, lagos o pantanos, en las explotaciones de oro. Es muy habitual en Venezuela y Brasil para la explotación del oro del Orinoco y la Amazonia por los "garimpeiros", con un nivel tecnológico anticuado y bajo, combinado con la amalgamación por mercurio, como muy probablemente ya minaban aquella zona los antiguos mineros españoles desde el siglo XVI.
Con la minería hidráulica se pueden obtener unos costos muy bajos e extracción por m 3 al poderse mecanizar y automatizar los procesos de arranque y de transporte, lo cual permite trabajar unas leyes bajísimas del mineral (ppb para el Au y Sn, W y diamantes), así como separar las arcillas y los caolines de las arenas más gruesas por una simple sedimentación o por una diferenciación de las resistencias en el arranque a través de los grandes monitores hidráulicos con unas
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS presiones de hasta 24 Bar y caudales de 10 m 3/minuto con una boquilla de 150 mm de diámetro.
También se puede realizar mediante el arranque hidráulico la explotación de algunas substancias ligeras como: fosfatos, caolines, sales, arenas y gravas de playas mineralizadas, a través de unos monitores y por el bombeo de la hidromezcla hasta la planta de ciclonado o inicio del tratamiento mineralúrgico. Es el caso de la técnica utilizada por la "English China Clay" para la explotación del Caolín en Cornwall, cuyo dominio tecnológico desde hace más de un siglo les ha dado un cierto grado de control del mercado mundial.
Futuro Unas importantes aplicaciones mineras, en vías de Investigación y Desarrollo aplicado, en el momento actual, son para: -
El empleo de "Water Jet Cutting System" o chorro de agua a presiones superiores a los 2000 Kg/cm 2 para el corte de las rocas ornamentales o arranque de rocas, pero no, todavía, en la explotación minera sino en las fases finales de tableraje o de corte de formas especiales.
-
El aprovechamiento de los Fondos marinos de sedimentos y nódulos metálicos hasta 2000 m de profundidad. Es el caso del fondo del Mar Rojo y de ciertas zonas del Océano Pacífico y del Atlántico. El proyecto" Atlantis" en el Océano Atlántico es una aventura tecnológica en "joint venture" entre algunas grandes compañías mineras de E.E.U.U., Japón, Reino Unido y Alemania para la extracción de los minerales metálicos del fondo del mar a una profundidad de más de 2500 m de lámina de agua, a través del sistema clásico de barcos-dragas, como se puede observar en el esquema adjunto.
Existen actualmente grandes problemas jurídicos de los "Derechos del Mar" para obtener las concesiones de las posibles explotaciones en las aguas internacionales. La gran ampliación de los límites territoriales de algunos países ribereños obedece a un intento de proteger sus fuertes intereses mineros económicos frente a la libertad de los mares que reclaman los países más desarrollados. Es un tema que lleva 20 años de discusiones en las Naciones Unidas entre los países más desarrollados, que tienen la tecnología, y algunos países, que creen tener los derechos sobre los mares que los bañan, pero que son incapaces tecnológicamente de explotar sus propios recursos por falta de medios.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
ESQUEMA DEL PROYECTO ATLANTIS II PARA EXPLOTACIÓN DE NODULOS METÁLICOS EN LOS FONDOS MARINOS
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XXI. MINERÍA QUÍMICA O POR LIXIVIACIÓN DEFINICIÓN Se trata de un método minero para lograr la extracción de un mineral soluble mediante la disolución de la roca o parte de ella, por un reactivo, que lo pasa al estado líquido, para ser manipulado por bombas y tuberías, y llevarlo a una planta en donde se procede a precipitar o condensar al estado sólido. Dada la importancia del tema y de las sustancias que se tratan por esta vía el I.T.G.E ha editado un Tratado de Minería Química que puede servir de bibliografía básica.
1.- PROCESOS O SISTEMAS DE LIXIVIACIÓN
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Entre Entr e los minerales extraibles por lixiviación destacan el Au, Ag, Cu, U, sales y azufre, lo cual refleja que si estos lo son, todos los minerales podrían serlo, pero no todos pagarían el proceso o el reactivo. Industrialmente. Existen varios procesos de lixiviación estática y dinámica, cuya utilización depende de la riqueza y de las características lixiviables del mineral, ya que no es lo mismo recuperar uno de gran valor como el Au y la Ag, que extraer una sal común o un azufre de menor valor y en donde no importa tanto la recuperación como el costo operativo.
Dentro de los procesos estáticos y en orden de menor a mayor complejidad y complementariamente tenemos: -
Lixiviación en el mismo yacimiento ("In situ Leaching").
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Lixiviación en vacies, sin trituración. ("Dump Leaching").
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Lixiviación en eras o montones. (" Heap Leaching").
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Lixiviación en cámaras o piscinas ("Vat Leaching").
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Lixiviación en plantas con agitación (" Dinamic Leaching").
Como técnicas operativas de la lixiviación se pueden utilizar los siguientes procedimientos: -
La inundación discontinua ("en sitio") para mejorar la reacción por el efecto de aireaciónoxidación.
-
La inundación continua en cámaras o tanques aireados.
-
El riego por aspersión (percolación) en vacies o eras.
-
El "curado" en cámaras o tanques, con unos reactivos naturales como el aire y el tiempo o menos naturales como la utilización de bacterias para cambiar el estado químico de la sustancia soluble o de su entorno.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Así tenemos como unos ejemplos típicos de la lixiviación "in situ" la inundación de las minas metálicas abandonadas en el suroeste ibérico que, tras un período más o menos largo de tiempo, llegan a obtener una disolución concentrada del metal y por bombeo posterior hacia unos canales de precipitación, puede extraerse la cáscara de cobre o también la lixiviación, con o sin voladura, mediante sondeos de inyección y de extracción, en el mismo yacimiento de potasas o sales, y en cierto modo, aunque no sea exactamente por disolución, la extracción del azufre por el método Frasch en los profundos yacimientos del Golfo de Méjico.
LIXIVIACIÓN IN SITU POR SONDEOS
LIXIVIACIÓN POR SONDEOS DE UN HORIZONTE MINERALIZADO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
TÉCNICA DE GASIFICACION DE CAPAS DE CARON EN EL REINO UNIDO
Otro ejemplo de lixiviación fisico-química es la extracción del carbón por técnicas de gasificación "in situ", de los que se están realizando ensayos en Rusia, USA y Reino Unido, y modestamente con ayuda comunitaria en Aragón
La lixiviación en los vertederos, se aplica a aquellos minerales marginales, como por ejemplo los de cobre ó los minerales oxidados de baja ley, por el método de riego por percolación en grandes extensiones de materiales rocosos prácticamente sin necesidad de una preparación mecánica adicional. Para los minerales de cierto valor, pero con una riqueza o un tonelaje insuficientes para pagar el costo energético de una reducción de tamaño o la construcción de una planta, se puede emplear la lixiviación por riego en eras o montones ("Heap Leaching"), hoy día muy de moda, para los yacimientos de cobre, uranio, oro, etc., especialmente en Nevada, Australia y algún caso en España. (Tharsis y Rodalquilar para oro y Ciudad Rodrigo para el Uranio).
La lixiviación en grandes cámaras o piscinas, se lleva a cabo cuando el proceso químico requiere una cierta reducción en tamaño para liberar o exponer el grano de mineral o por la necesidad de un cierto control de temperatura para que no haya pérdidas de calor o heladas como puede ocurrir por el sistema de percolación en eras. Existen dos alternativas: construcción de las cámaras en la propia mina ("in situ") o en unos depósitos en el exterior de la mina, pero muy próximos a ella. Un ejemplo histórico de la lixiviación en depósitos recuperables es el antiguo método del Patio, utilizado en Méjico para la recuperación de la plata a través de la amalgamación con el Mercurio en tiempos de la colonia española.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Por último y como nuevo método de lixiviación estática existe, también, el llamado "curado" ("TL Leaching") que consiste en aglomerar el mineral, gruesos y finos, con algún agente de lixiviación natural o bacteriano. El mineral húmedo se prepara y deja curar por horas o días y después se somete a la lixiviación en tanques. De esta forma se pueden llegar a obtener soluciones de 3 a 5 veces más concentradas y en un mucho menor tiempo, lo cual debe suponer un notable ahorro económico del proceso.
SECUENCIA DE LA EXPLOTACIÓN EN ERAS
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En cuanto a la técnica de lixiviación dinámica es la que se realiza a través de la agitación mecánica o neumática de una pulpa de sólido-líquido en tambores-recipientes o mediante la agitación convencional en espesadores contracorriente, lo cual requiere una reducción a tamaños finos. Las condiciones del proceso exigen mucha más energía y más costo, pero por contra, se obtiene una mayor cinética (más rápida recuperación y un mayor porcentaje de extracción), por lo que se emplea para los minerales ricos de oro, plata y uranio.
Punto fundamental en la economía de todo proceso de lixiviación es el agente lixiviante y en especial su consumo final, recuperación y precio, con la definición del proceso químico y de las ecuaciones estequiométricas, así como de los factores de concentración, temperatura, pH, potencial Redox, etc., sin olvidar el factor biológico de los posibles microorganismos que puedan existir en el agente lixiviante, que han dado lugar a la llamada Biolixiviación, muy popular hoy día para el tratamiento del oro, plata, cobre y uranio.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 2.- CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS Una de las grandes ventajas del método de minería química o por disolución está en la posibilidad histórica de comenzar a una pequeña escala con la inversión y gradualmente se va expandiendo el tamaño y mejorando la recuperación pasando hacia sistemas operativos más perfeccionados tecnológicamente. Así los 5 sistemas operativos clásicos no son opuestos, sino que en muchas operaciones han sido complementarios y sucesivamente empleados, a medida que se iban dominando los parámetros y se tomaba la decisión de innovar, mejorando esencialmente la preparación del mineral para conseguir una cinética mayor, lo que compensaba la mayor inversión necesaria. Una clasificación lógica en el tiempo y en función de los parámetros mineros básicos nos da el siguiente cuadro: SISTEMA
PREPARACIÓN
COSTO DE
COSTO DE
RECUPERACIÓN DEL
RECUPERACIÓN
DEL MINERAL
INVERSIÓN
OPERACIÓN
YACIMIENTO
MINERALÚRGICA
Fracturado
Medio
Muy bajo
Bajo
40 - 50%
Años
Volado o directo
Mínimo
Bajo
Bajo
30 - 60%
Años
Eras o Pilas
Trituración primaria
Medio
Medio
Medio
60 - 70%
Meses
Depósito
Trituración secundaria
Alto
Medio
Medio
70 - 80%
Días
Dinámica
Molienda
Elevado
Alto
Alto
80 - 90%
Horas
En sitio Vacie o vertedero
TIEMPO
CUADRO DE CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE LIXIVIACIÓN
Si al crecer el ritmo de la extracción minera, se va complementando con una mejor planta de preparación y una disposición más ordenada del mineral que en los primeros momentos, el proceso químico se va introduciendo más en la propia minería, alcanzándose un mayor nivel de desarrollo tecnológico por un mejor control de todas las variables y lográndose así una mayor recuperación aún a costa de una mayor inversión y de un costo operativo más elevado. Generalmente y para los productos mineros valiosos como oro, uranio y cobre, está inversión está más que sobradamente compensada por un mayor recobro del producto y una mayor vida y aprovechamiento del yacimiento. Así en la faja pirítica de Huelva se comenzó por la natural utilización de las aguas cobrizas que desaguaban de las operaciones mineras bien de interior o de cielo abierto como si de un residuo se tratara, para recuperar su residual contenido en metal o para regar con ellas los vertederos de minerales marginales de poca ley y lograr un enriquecimiento secundario. Posteriormente se pasó a la construcción de las pilas o montones de mineral calcinado (oxidado) y triturado para lograr una mayor recuperación. Finalmente se llegó a la construcción o ejecución de unos grandes depósitos de mineral con poca altura para regarlos o
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS inundarlos logrando unas mayores recuperaciones de cobre con unos costos más competitivos y con una menor necesidad de personal. Tan sólo, en el caso del cobre, faltó la última etapa de una lixiviación dinámica al estilo de lo que años después se realizó para el oro y la plata contenido en los antiguos vertederos de gossans.
Similar caso ocurrió con la explotación de Shirley Bassin de la "Utah Construction and Mining Co.", que pasó de una inicial explotación de cobre "in situ" por sondeos en el Estado de Wyoming, desde 1960 a 1969, a un posterior sistema convencional por cielo abierto con una mayor recuperación del yacimiento, y un tratamiento por lixiviación en depósitos del mineral regado con aguas ácidas preparadas y controladas.
Parecido podría ser el ejemplo de Saelices el Chico para la recuperación del Uranio de la cuenca española de Ciudad Rodrigo en Salamanca y probablemente otros ejemplos similares se podrían citar para las sales próximas a Madrid, Burgos y Alicante, y para la extracción del carbonato sódico de Solvay en Torrelavega, lugares en donde al cabo del tiempo se ha ido pasando de unos sistemas lentos y con poca recuperación a otros sistemas más caros, pero con menores tiempos y mejores porcentajes de recuperación.
Puede concluirse que el avance tecnológico en la lixiviación está en conseguir una mejora de recuperación del metal o sal al tiempo que se acelera la cinética del proceso mediante una mayor inversión, al explotar de una forma más convencional de laboreo el yacimiento y preparar mejor la mena en base a exponer más cantidad del mineral en la superficie atacable. Por ello y en contra de la creencia normal, la minería química tiene más su futuro en una expansión de la minería clásica y convencional para seguir con un tratamiento químico mucho más controlado en las entradas y en los residuos, que en la propia introducción de los mismos lixiviantes en el yacimiento, cuyo máximo aprovechamiento y recuperación debe ser la mayor exigencia del minero tras la siempre difícil labor del geólogo en lograr su descubrimiento.
Evidentemente no debe evitarse el realizar el cálculo económico del valor no recuperado en el residuo contra la inversión y costo de descubrir el mineral y explotarlo más racionalmente para lograr su recuperación y venta. Una breve descripción de los sistemas mineros según esta clasificación, es el objeto de este tema, subdividiéndolo en los siguientes tipos de minería:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Sin fragmentación + Sin transporte del mineral * Con fragmentación . fuera del yacimiento . Por solución + Con operación minera convencional y selectiva * de arranque, carga y transporte de mineral y estéril . y alguna preparación del mineral. +
Lixiviación en sitio Lixiviación en vertederos Lixiviación en eras Lixiviación en depósitos Lixiviación dinámica 3.-SOLUCIONES LIQUIDAS
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El riego de los vertederos se puede realizar fundamentalmente por tres procedimientos, bastante similares a las técnicas del riego agrícolas. a)
Por inundación o canales de riego.
b)
Por aspersión.
c)
Por distribución de goteo o sondeos.
Los líquidos proceden normalmente de tres fuentes: 1)
De aguas de viejos minados o vertederos.
2)
De aportación nueva o de lluvias.
3)
De recirculación del sistema.
Las cantidades de riego, lógicamente variables, deben estar en el orden de unos 10 litros por hora y m 2 (variando entre 2 y 20) y la forma de de aportarlas controladamente al al terreno, aunque varia en cada operación, dependiendo de los niveles de la inversión y del costo operativo, podemos clasificarla según el siguiente cuadro: Forma de riego
Inversión
Operación
Recomendables en caso de:
Inundación
Mínima
Barata
Exceso de agua
Canaleo
Barata
Media
Sustancias poco valiosas
Aspersión Aspersión
Media
Media Media
Mayor recupera recuperación ción
Alta
Media
Escasez de líquidos y bajas temperaturas.
Elevada
Barata
Materiales difíciles
Goteo Sondeo
El método más recomendado y normalmente más empleado es el riego por aspersión, a pesar de ser el que genera una mayor cantidad de ion férrico u otros no deseables, lo que obliga en ciertos casos a precipitar y eliminar las sales férricas. La efectividad del método viene dada por obtener una mejor mejor recupe recuperaci ración ón al combinar combinar mucho más m ás efectivamente efecti vamente los l os necesarios necesari os efectos de oxidación oxidaci ón - aireación y mayor contacto superficial con el mineral. Cuando el líquido o solución lixiviante sea
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS escaso, como ocurre en las zonas desérticas, es recomendable la utilización del goteo para evitar la fuerte evaporación del sistema de aspersión, pudiendo reducirse el caudal de riego hasta unos niveles de 4-5 litros/hora/m2 para conseguir el mismo efecto de recuperación en tiempo. A veces también se emplea el goteo enterrado, en los lugares de largos períodos de heladas, como es el caso de Canadá.
En los casos de provocarse un excedente de líquidos en el sistema podemos provocar una fuerte evaporación para eliminar agua del sistema y para ello, un excelente modo es el riego por aspersión e incluso el riego de superficies de minas a cielo abierto, caminos y zonas de posible mineralización para luego recuperar esas aguas en diques que obtengan una alta relación superficie / altura, que enriquecen su contenido por simple evaporación. Especialmente en los casos de las sales puede llegar a ser el propio sistema de cristalización o precipitación e incluso en el cobre puede ser un excelente medio de eliminar aguas férricas, mediante la producción de sulfato.
4.-MINERÍA DE LIXIVIACIÓN DINÁMICA (DINAMIC LEACHING) En los apartados anteriores, el método de lixiviación ha sido llevado a cabo en una forma natural, dándole el tiempo y contacto para poder proceder a la disolución de la sustancia buscada. Si el proceso es acelerado, dinamizado por medios físicos, químicos o biológicos, entramos en el campo de la lixiviación dinámica, que en general se lleva a cabo en unas plantas de depósitos y conductos fuera de la misma zona del yacimiento.
Esta técnica se aplica desde el caso del tratamiento del oro por Pachucas en Sudáfrica, Rusia y Riotinto, hasta el proceso más complejo de la "Digestión" de la bauxita para transformarla en alúmina. Los sucesivos intentos, hasta ahora no desarrollados ni confirmados, de un tratamiento hidrometalúrgico de los minerales complejos del Suroeste Ibérico es, probablemente, el más avanzado, difícil y problemático campo de lixiviación dinámica (a presión y temperatura), en donde se encuentra el límite actual de este sistema no sólo por razones económicas, sino también de los avances de la ingeniería de materiales y procesos.
Ciertamente, en el caso de la lixiviación dinámica, la minería alcanza su más alto desarrollo químico utilizando unas técnicas más propias de laboratorio que de grandes plantas de concentración física, hasta el punto de que la inversión en la planta de lixiviación podrá llegar a
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS superar entre 3 y 6 veces el valor de la propia inversión en la explotación y en el descubrimiento del yacimiento. Obviamente, la planta incluye no sólo el propio proceso de lixiviación, sino también los mismos procesos de recuperación de los metales o sustancias valiosas y del tratamiento de los efluentes líquidos y sólidos para mejorar el medio ambiente, ya que puede llegar a ser una minería altamente contaminante.
Justamente por las elevadas inversiones que la lixiviación dinámica requiere, es preciso obtener elevadas recuperaciones que compensen aquellas. Al mismo tiempo el factor de economía de escala hace más difícil la modularización que era una de las característica de los sistemas anteriores de minería química. La existencia de patentes en los procedimientos, técnicas, materiales y reactivos específicos, eleva también el mínimo ritmo o caudal, todo lo cual obliga a disponer de un volumen elevado de reservas de mineral para justificar la decisión de llegar a la lixiviación dinámica. Por el contrario, cuando la planta está construida, algunos de los recursos marginales pueden convertirse en reservas explotables dado el alto rendimiento mineralúrgico que se alcanza en estas plantas, ya que de acuerdo con la definición de ley de corte:
ΣC
lc =
---Pu. η
Lc ΣC Pu η
= Ley de corte = Suma de costos = Precio unitario = Rendimiento global
la mejora del rendimiento permite reducir la ley de corte del mineral a tratar.
Se puede, pues, calificar la lixiviación dinámica como el objetivo final del proceso minero de extracción de minerales que son solubles en algún tipo de líquido con o sin reactivos. Es el final de aquel proceso que se inició normalmente en la propia naturaleza al disolverse en agua el primero de los minerales, la sal del mar. La técnica minera, apoyada cada vez más en el avance de la química, ha ido introduciendo unas mayores posibilidades en la recuperación de sustancias anteriormente inimaginables. Como la base fundamental de la técnica de lixiviación es el contacto superficial entre el solvente y soluble, en la aplicación dinámica, la preparación mecánica del mineral alcanza los límites máximos, llegándose a unas granulometrías muy finas para lograr la máxima exposición superficial del grano en la estructura de la matriz, de tal forma que puede ser atacado por la solución. De ahí que no sea suficiente con una trituración más o menos fina, sino que es preciso llegar a un gran nivel de molienda y remolienda, lo cual a su vez puede provocar la existencia de unos tamaños ultrafinos que complican el posterior manejo de pulpas y líquidos.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Desde el punto de vista de explotación minera la mayor dificultad está en conseguir una regularidad en las calidades físicas y químicas de los minerales a suministrar a la planta de conminución y lixiviación. Se ha llegado a unos esquemas muy precisos de almacenamiento y homogeneización en el parque de la explotación para realizar una política de mezclas que aporta un producto de calidad muy constante en sus características de tratamiento, pero, esencialmente, se exige una minería muy selectiva a través de una planificación temporal y espacial muy detallada, con malla muy cerrada, geoestadística y análisis químicos y físicos muy frecuentes. Un ejemplo de una planta moderna de lixiviación dinámica, con proceso difícil, eficiente operación y buenos resultados metalúrgicos, era la Planta de Cianuración de Gossan de Riotinto, para la recuperación de oro y plata.
En algunos casos, se puede combinar el método de la lixiviación dinámica para los materiales finos y ricos con una lixiviación en eras o depósitos para los minerales gruesos y pobres como es el caso del nuevo proyecto Quercus en Saelices el Chico (Salamanca) para minerales de uranio.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XXII. MINERIAS ESPECIALES Agrupamos en este capitulo algunos métodos o mezcla de ellos que por su poca importancia en número de aplicaciones no han sido tratados en los anteriores capítulos, pero que tienen la gran importancia de ser, en algún modo, los métodos que marcan la tendencia hacia el futuro de la minería por su innovación y por las posibilidades de aplicación en los nuevos yacimientos descubiertos y, también, para mejorar la recuperación global y económica de los mismos.
1.- MINERIA MIXTA Se denomina así a la explotación minera que combina 2 o más métodos en el mismo tiempo y yacimiento, aprovechando las ventajas y disminuyendo los inconvenientes de cada uno de los métodos individualmente. Por ejemplo: Dos métodos de cielo abierto -
Banqueo y transferencia como en los casos españoles de Puertollano y Meirama.
Un método de C.A. y otro interior -
Contorno y Auger en la minería a cielo abierto del carbón en Pennsylvania.
No se trata de establecer un método primero y el otro después en el tiempo, sino proyectados
y ejecutados al mismo tiempo, desde un principio, con una planificación anticipada para el mejor aprovechamiento del criadero y para extraer más mineral a un menor costo y permitiendo utilizar algunos servicios comunes como: -
Infraestructura. Accesos. Energía y agua.
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Drenaje y desagüe.
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Ventilación o reducción de circuitos.
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Transporte interno o exterior.
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Mantenimiento y talleres.
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Plantas de trituración o de tratamiento mineralúrgico y presas de residuos.
lo que significa las siguientes: VENTAJAS: -
Reducción de los costos de inversión y de operación por tonelada de mineral.
-
Reducir la necesaria inversión en infraestructura para una mayor producción.
-
Permitir una producción flexible con una base constante de la producción de interior y más variable de la del Cielo Abierto.
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Aprovechar mejor el yacimiento en profundidad.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS -
Mezclar leyes y calidades de minerales diferentes.
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Defenderse de las inclemencias climatológicas.
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Mayor vida de la explotación por una recuperación mayor de las reservas de mineral.
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Posibilidad de utilizar parte del estéril del c.a. como relleno del interior.
ALGUNOS EJEMPLOS REALES: -
Método de contorno y de tajo largo en la minería de capas de carbón o similares.
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Método de corta y de cámaras y pilares desde el fondo.
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Auger helicoidal con minería de contorno.
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Corta y riego de marginales por las aguas ricas, procedentes de la corta.
Adjuntamos algunos esquemas de casos reales antiguos y modernos.
EXPLOTACION POR INTERIOR Y CIELO ABIERTO EN RIOTINTO
SUPERCANTERA EN LA COSTA ESCOCESA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 2.-MINERíA POR TERRAZAS Es el método de explotación de los yacimientos en las laderas de las montañas que permite un escalonamiento por un banqueo descendente hasta el valle, con una reducción de los problemas de estabilidad de techo y con una más fácil salida del mineral a un nivel inferior, pero con una mayor dificultad de encontrar los vertederos y de poder efectuar una correcta recuperación del entorno a menos que se programe por medio de una transferencia lateral y se divida la secuencia de explotación en módulos muy compactos.
Es un método muy popular en países de orografía compleja como es el caso del Norte de España (Cerredo en Asturias) o de países vírgenes en donde es más factible encontrar los afloramientos en colinas o montañas. Es el equivalente en la MCA del método de explotación por socavones de la minería de interior. Puede deducirse que es un caso particular del método de corta a media ladera habiéndose llevado la naturaleza uno de los lados, aunque también falta el mineral correspondiente.
3.-MINERíA DE CONTORNO
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Es un método que combina la explotación por el método de descubierta, con la transferencia del estéril, con la situación a media ladera del método de terrazas, aunque con muy pocos bancos. Se emplea fundamentalmente en la extracción de aquellas capas sedimentarías muy horizontales que afloran en zonas de colinas sinuosas. Es el caso de Pennsylvania para los carbones y podría serlo en España en las cuencas o zonas de Mequinenza y Calaf. Debe de separarse, en el proyecto, muy claramente el nivel del límite económico de la MCA con una minería de interior en la que se puede aplicar una minería de Auger o de
EXPLOTACION POR CONTORNO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS tajos largos, tras la extracción a cielo abierto del mineral económico, pero al mismo tiempo y antes de que se depositen en el hueco ya minado los estériles de la MCA.
Puede ser circular, que fue la secuencia inicial que le dio el nombre de contorno, pero también se puede aplicar en forma longitudinal, transfiriendo los estériles al hueco creado por la explotación del módulo lateral anterior.
MINERIA POR AUGER O HELICOIDAL La extracción se realiza desde la superficie abierta de la explotación a cielo abierto con una máquina de penetración en forma de una gran perforadora que porta unas barras de tipo helicoidal que, al tiempo que la boca penetran en la capa y la arrancan, extraen los trozos de mineral, hacia el exterior, en forma de un gran sacacorchos, y en donde es transferido hacia un sistema continuo de cinta o a un panzer para cargar los vehículos de transporte exteriores.
Se trata de un sistema extremadamente simple en donde sea posible utilizarlo, que combina el método de corta con el de sondeos de gran diametro, para lo cual se requieren unas mínimas características muy especiales del yacimiento como son: -
Capas de mineral muy horizontales y homogéneas
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Espesores de capa inferiores a 2 metros
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Techos y muros de estéril muy regulares y resistentes
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Mineral relativamente blando y fácil de penetrar
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Pocos fenómenos tectónicos.
La recuperación del yacimiento es casi siempre inferior al 50% de los recursos, ya que es preciso dejar entre cada dos taladros o sondeos, como pilares, unas separaciones para sostener el conjunto de la explotación minera. Por este método se extraen más de 20 millones de toneladas de carbón en la zona de los Apalaches en U.S.A., en combinación con el mencionado método de cielo abierto por contorno. Se están realizando ensayos y pruebas para aplicar este sistema a las capas inclinadas de minerales blandos como en el carbón o en las sales, pero hasta el momento no han dado los resultados económicos deseados.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
MAQUINA Y PROCEDIMIENTO POR AUGER O HELICOIDE
5.-MINERIA COMBINADA Y ESTRUCTURADA En esta parte tratamos de definir algunos de los conceptos modernos de la minería que, con toda seguridad, van a ser importantes en los próximos decenios para los planificadores mineros de todo el mundo. 5.1.- DEFINICION DEL CONCEPTO BELT O CUENCA. Se entiende como Belt o cinturón al conjunto de los yacimientos de igual o parecido origen genético en una zona geológica concreta, llamada en castellano "cuenca minera". Se trata de una provincia metalogenética en la que se presentan muchos yacimientos de una igual o muy parecida génesis o formación, aunque puedan mantener algunas y ciertas diferencias internas de la estructura, ley, granulometría, tamaño de grano y otros.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La esencia misma del concepto "cuenca" presupone la superación del clásico concepto de la mina como un caso aislado y raro y por el contrario aparece la "anormalidad de la individualidad". Es decir, lo verdaderamente raro esd que se haya producido tan solo un yacimiento, pues si se han dado las condiciones geológicas y ambientales para producirse uno, es normal que se dieran más en una cierta y gran extensión, que geológicamente constituyó una frontera o una playa, por lo que la investigación debe de buscar la continuidad de los primeros yacimientos en las extensas proximidades geográficas del inicial cuerpo descubierto.
Existen muchos ejemplos mundiales de cinturones o de cuencas mineras que han dado lugar, precisamente, a las áreas mineras más famosas del mundo como son aquellos casos de: -
El Mesabi Range en USA
para el Fe,
-
el Ruhr en Europa
para el carbón,
-
el Suroeste Ibérico (Huelva)
para los minerales polimetálicos,
-
Arizona, Méjico, Perú y Chile
para el Cu, el Mo y la Ag,
-
Nevada y California
para el Oro,
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el Witswaterand de Sudáfrica
para el oro y el platino,
-
Zambia y Katanga
para el Cu y el Co,
-
Marruecos y Túnez
para los Fosfatos con uranio,
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Golfos Pérsico y de Méjico
para el Petróleo,
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Donetz y Dombass en Ucrania
para el Carbón,
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Krivoi Rog en Ucrania
para Hierro y Molibdeno
-
Tejas, Oklahoma y Luisiana
para el Petroleo
Las Cuencas de Asturias, León, Andorra, Berga y Peñarroya para el carbón y de Bilbao y el Marquesado para el hierro y de Cartagena y Linares para el plomo y plata, Almadén para el Hg, Río Tinto y Tharsis para Cu, Au y Ag, etc, son algunas de las cuencas históricas y reales en el caso español, que dieron la fama a nuestra península y que en el momento actual podrían extenderse a otros minerales más modernos como en los casos de Ciudad-Rodrigo para el Uranio o de Granada para la Celestina.
La existencia de un Belt o de una cuenca provoca, muy lógicamente, la necesidad de tener que ampliar el concepto de una pura extracción minera para pasar a una necesaria transformación del
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS mineral "in situ" para poder alcanzar un mayor valor añadido, que será capaz de pagar un más largo transporte y con ello lograr una mayor distancia de influencia del limitado mercado local del producto minero vendible, que no será ya sólo el regional o el nacional, incapaces de absorber tan gran capacidad de producción. Suele creerse, muy popularmente, que estas cuencas son las mayores productoras del mundo de una sustancia mineral, cuando quizá sean tan solo las grandes exportadores de un excedente de producción incapaz de ser absorbido por su pequeño y limitado mercado propio. Son los casos famosos de Marruecos para el Fosfato, de Chile para el Cobre, de Africa del Sur para el Oro o de Venezuela y del Golfo Pérsico para el petróleo, cuyas capacidades de producción como cuenca son tan enormes que no pueden ser absorbidas por el propio mercado interno.
5.2.-MINERIA EN COMBINADO.
*
Se llama así al complejo minero-industrial que contempla el conjunto completo e integral de toda la actividad minera, desde la investigación y la exploración pasando por la propia explotación y el beneficio de una substancia mineral, para transformarla en un producto de un mucho mayor valor añadido, hasta la misma comercialización, todo ello dentro de la misma cuenca, que por contener unas grandes reservas en un cierto número de yacimientos separados, ha debido de crear un centro o polo común de tratamiento, como puede ser una fundición, una térmica, un concentrador o el conjunto de todos ellos. Se trata de una idea, de claro origen soviético, pero que cada vez más está siendo aplicada con mayor énfasis en Occidente y en los nuevos países en desarrollo. Son los casos de Endesa en Puentes y en Andorra para los lignitos, de Venezuela en el río Orinoco para el Fe y el Al y posiblemente en un próximo futuro en Ciudad Rodrigo para el Uranio.
Supone, en principio, llegar a establecer un cierto radio de acción, dentro del cual todos los yacimientos pueden ser tratados en una misma planta de concentración o beneficio. Según la compañía nórdica Boliden tal radio de acción puede alcanzar los 150 kilómetros en el caso del Circulo Polar Artico lo cual, para el caso español, nos parece exagerado y debe reducirse a unos 50 Km, aunque en cada caso debe de calcularse correcta y rigurosamente.
6.3.-MINERÍA ESTRUCTURADA. (Gran Minería) Es llamada así a aquella organización de una explotación minera que garantiza la larga vida de
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS un Complejo o combinado de transformación (Refinería, térmica, fundición u otro). Exige, por lo menos, unas reservas demostradas mínimas para 25 años, con objeto de alcanzar unos grados de fiabilidad geológica y económica superiores al 95%, para garantizar la fuerte inversión y la segura continuidad de las planta a las que abastece.
Ello implica la existencia de unos planes en los proyectos de explotación mineros que definen perfecta y claramente desde el método, el sistema, la maquinaria y de todo el personal que son necesarios y con ello los costos de operación y de la financiación. Modernamente se exige, así mismo, el proyecto final de restauración del terreno afectado por las futuras explotaciones.
Es básico, en estos casos, conocer con todo detalle el proceso mineralúrgico o de transformación del mineral hasta el producto vendible final, objeto de la exportación o del mismo posterior tratamiento de los semitransformados para contemplar la rentabilidad global del producto final y no, tan sólo, la rentabilidad individual de la explotación minera.
Cuando las reservas de una cuenca sean tan elevadas, que se deban buscar unos mercados exteriores y distantes, se hace más preciso cumplir con unas mayores exigencias del mercado global e internacional. Se establece, pues, una cierta forma de presión del mercado sobre la explotación, que tiene que ser contestada por los mineros en forma de una racionalización y concentración en cotos mineros para evitar la fuerte competencia interna entre las empresas de la cuenca y poder lograr una mayor calidad y un menor costo.
Los ya citados criterios de planificación e infraestructura a largo plazo pasan a ser los prioritarios en el diseño y en la selección de los espacios, de las necesidades, del orden y de la secuencia racional de explotación, de los procesos más completos, aunque no integrales de recuperación de todos los minerales de la cuenca y de sus subproductos y de las innovaciones permanentes en toda la tecnología correspondiente a las aplicaciones nuevas, la comercialización y el mercadeo de la materia prima mineral, llegando a la publicidad y también de la maquinaria nueva o adecuada a las rocas de la zona.
Asimismo la formación del personal obrero, de los técnicos y los directivos llega a exigir la existencia en la propia área minera de unos centros educativos a distintos niveles llegando hasta
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS los universitarios, pues no en balde la mayoría de la Escuelas de Minas del mundo han nacido y permanecen en muchos casos en el área minera de la cuenca en la que también se deben disponer de unos laboratorios de investigación minera y mineralúrgica para obtener una buena "innovación permanente" que debe buscar unas nuevas aplicaciones al abundante mineral de la cuenca para que su mercado no decaiga o llegue a ser sustituido por la nueva aparición y competencia de otros minerales de otras cuencas de cualquier parte del mundo, antes de agotarse la inmensas reservas de la cuenca, que raramente llegan a finalizarse si las exploraciones y la voluntad de continuar subsisten entre generaciones.
FAJA PIRITICA IBERICA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XXIII. LOS MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEOS 1.- DEFINICIÓN.Se entiende como minería subterránea a la que se realiza por medio de obras y trabajos en el interior de la tierra tales como pozos, galerías, cámaras, tuneles, socavones y planos para acceder a la masa de mineral y extraerla, sin tener que mover los estériles o materiales que recubren el yacimiento. Durante muchos años ha sido la imagen popular y poco positiva de la minería, pero ha sido ampliamente superada en cantidad y valor por los otros dos métodos de laboreo, el cielo abierto y los sondeos, dado que el coste de la inversión de capital resulta mucho más elevado (unos 125 $/t/año para el interior y unos 30$/t/año para el cielo abierto) y también, en principio ,por el coste operativo (1$/t para el cielo abierto y unos 10 $/t para el interior). La perdida progresiva y sistemática de la importancia de la minería subterránea ha sido, en otra parte, compensada por la gran importancia que las labores subterráneas han ido tomando en las obras públicas, la construcción de las ciudades y las aplicaciones militares e industriales de cámaras, almacenes e incluso por el aprovechamiento de antiguas explotaciones mineras, como ya se ha citado en el caso de canteras en Illinois y Kansas. La alta intensidad de capital exigido, el descenso en las productividades con el enorme coste del personal, las dificultades de lograr una mecanización y automatización, la peligrosidad por el desconocimiento de las condiciones geomecánicas, la falta de vocación minera de la mayor parte de las demandas de trabajo, han ido reduciendo la aplicación de esta metodología a los casos de minerales muy valiosos como el oro, la plata y el platino, las altas leyes en los minerales no férreos o en las condiciones extremadamente fáciles de explotar como las canteras subterráneas o las capas de carbón muy horizontales y con una potencia razonable. Sin embargo es justo reconocer que en los últimos 10 años se ha producido un importante incremento de la productividad en la minería de interior a causa de la eliminación de dos "corsés" o limitaciones, como eran las tradicionales vías férreas para el transporte y la madera para la entibación, que se han sustituido por otros materiales como los neumáticos para el rodaje y el acero de los pernos y las mallas de sostenimiento de techos y paredes de galerías para mejorar el gálibo y tolerar una mejor mecanización, habiéndose llegado a rendimientos del orden de 50
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS t/hombre/día, en comparación con los antiguos de 1 t/hombre/día, si bien se haya perdido, en parte, algo de selectividad o de recuperación del yacimiento, a costa de una mayor seguridad y fiabilidad y un menor coste del proceso de minería subterránea. Como se ha señalado en el capitulo XIX, existe un límite económico entre la minería a cielo abierto y la minería subterránea que viene definido por la fórmula Coste minería subterránea - costo extracción mineral a cielo abierto RL= ----------------------------------------------------------------------------------------- = costo extracción estéril a cielo abierto
P s - CC ------------------CE
Po= p(E+M)/M= p(1+E/M)= p(1+Ratio)
E
M
Precio de venta de Mineral en Pta/t Costo de la minería subterránea en pta/t
B Costo minería a cielo abierto Po p A E/M = Ratio de explotación COSTE Y LIMITES ENTRE LA EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEA Y LA DE CIELO ABIERTO
y que señala claramente la zona a partir de la cual la minería subterránea es más rentable que la llevada a cabo por extracción a cielo abierto por la gran ventaja que supone no ser influida por el crecimiento del ratio de estéril a sacar y también el límite final o “Break-even Stripping Ratio” al que puede llegar la minería a cielo abierto.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 2.- DIFERENCIAS ENTRE LA MINERÍA A CIELO ABIERTO Y LA MINERÍA SUBTERRÁNEA Esencialmente se trata de unos estilos y actitudes diferentes de ejecutar el laboreo con una minería a cielo abierto más grande, más antigua, más dinámica y con unos problemas y unas soluciones muy diferentes de las que se aplican tradicionalmente en la subterránea, que puede resultar más económica y pequeña y por tanto más accesible a los pequeños capitales e incluso ser un "iceberg" para las futuras grandes explotaciones. Las ventajas del cielo abierto sobre el interior pueden ser clasificadas en: Técnicas: -
Mayor productividad en el cielo abierto, unas 10 veces más que en interior.
-
Concentración de las operaciones y mayor sencillez de control y dirección.
-
Mayor producción por unidad de arranque (tajo, sección, área o mina).
-
Elevada mecanización por una menor limitación en tamaño y peso de las máquinas.
-
Mejor posibilidad de comprobación geológica y una exploración más sencilla.
-
Simplicidad en operaciones auxiliares y servicios e incluso eliminación de alguno.
-
Mejor recuperación del yacimiento.
-
Planificación y control más fácil.
-
Mayor flexibilidad para responder a los aumentos o a la disminución de la producción. en función de las variaciones coyunturales de la demanda.
Económicas: -
Menor coste de capital por tonelada de material (estéril o mineral)producido.
-
Menor coste de operación por tonelada de material movido.
-
Por ello, posibilidad de mover una gran relación de estéril a mineral.
-
Mayor disponibilidad de reservas por explotación de unas recursos de menor ley.
-
Mejor posibilidad de contratar alguna parte o todo de los procesos mineros (Geología, laboreo y tratamiento).
Sociales: -
Mayor seguridad e higiene en el trabajo.
-
Mayor facilidad para encontrar mano de obra.
-
Menor influencia del factor de costo del personal.
Las desventajas del cielo abierto y las ventajas del interior son las siguientes:
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Técnicas: -
Desfavorable influencia de las condiciones climatológicas y atmosféricas.
-
Limitación en profundidad.
-
Control de la estabilidad de los taludes.
-
Necesidad de vertederos cercanos, función de la topografía de los terrenos.
-
Mezcla de mineral y estéril y fuerte control de calidad para evitar la dilución.
Económicas: -
Gran inversión inicial de capital en maquinaria y terrenos para hueco y vertederos.
-
Gran inversión inicial para realizar el desmonte o la descubierta preliminar.
-
Poca flexibilidad para superar errores en la selección de la maquinaria o en el diseño.
Sociales: -
Personal de operación y mantenimiento más formado y por tanto más caro.
-
Problemas medio-ambientales por alteración en los terrenos afectados por el hueco y los vertederos.
-
Problemas político-económicos de compra de terrenos.
-
Mayor empleo de mano de obra en el interior
Como resumen podemos decir que se trata de unos métodos mineros diferentes, que requiere mayores reservas para el cielo abierto, aunque puedan ser de menor ley, con un ritmo más rápido de explotación y por ello una menor vida, con una exploración más cara y detallada para evitar graves errores y con unas inversiones más fuertes por ser unas producciones anuales mucho más grandes, todo lo cual hará, siempre que sea posible la existencia de los dos métodos y muy especialmente la tendencia será hacia una minería mixta que combine simultáneamente ambos, para lograr explotar mejor el yacimiento y combinar acertadamente las ventajas de cada uno disminuyendo los inconvenientes y compartiendo los servicios y algún proceso como el transporte y el tratamiento mineralúrgico.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
*
ESQUEMA Y DENOMINACIONES DE UNA MINA SUBTERRÁNEA
3.- TERMINOLOGÍA DE LA MINERÍA SUBTERRÁNEA.-
*
MENA
Mineral con contenidos valiosos para su venta o transformación.
ZAFRA
Material arrancado para su carga.
SOCAVÓN
Galería o túnel de de ac acceso de desde el el ex exterior má más o menos ho horizontal.
RAMPA
Acceso o plano inclinado.
GUÍA
Galería Galería en mineral mineral y en dirección dirección del yacimient yacimiento o
LATERA LATERAL L O REAL REAL
Galerí Galería a en en roca roca encaja encajante nte y en en dire direcci cción ón del yacimi yacimient ento o
TRAN TRANSV SVER ERSA SAL L
Gale Galerí ría a nor norma mall a la dire direcc cció ión n que que une une la la rea reall o late latera rall con con la guía guía..
POZO
Labor de acceso vertical para la extracción o el acceso principal.
CHIMENEA
Conexión ve vertical en entre ga galerías pa para ve ventilación, pe personal o mi mineral.
NIVEL
Conjunto de galerías con acceso directo desde el pozo o rampa de entrada a la mina.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS SUBNIVEL
Galería desde la que se ejecutan las labores de arranque y carga a una cota determinada, equivalente al banco en el cielo abierto.
HASTIALES
Contactos del yacimiento con la roca encajante, o paredes de una galería.
ENTIBACIÓN
Sistema o técnica de sostenimiento de huecos mineros.
TECHO
Contacto superior del mineral, con la roca encajante.
MURO
Contacto del mineral con la parte inferior de la formación.
CÁMARA
Hueco creado para la explotación del mineral, limitado por pilares.
CABEZA Y BASE
Las excavaciones superior e inferior de la cámara.
TALLER
Frente o tajo de arranque. Unidad de trabajo subterráneo.
BARRENO O TIRO
Taladro perforado para colocar el explosivo de una voladura.
CORRIDA
Longitud en dirección del yacimiento.
POTENCIA
Espesor de la mineralización.
BUZAMIENTO
Ángulo que el depósito forma con la horizontal
GEOTECNIA
Estado de la geometría de las discontinuidades y/o capacidad que los huecos tienen para autosoportarse.
FRACTURACIÓN
Intensidad, frecuencia y forma de presentarse las separaciones entre planos de mineral.
DILUCIÓN
Porcentaje de estéril o marginal que se extrae con el mineral.
SELECTIVIDAD
Proceso de separación del mineral entre las intercalaciones de estéril y/o marginales
CIELO
Límite físico superior de un hueco o cámara.
PISO
Límite físico inferior de un hueco o cámara.
PILAR BARRERA
Macizo de protección en los laterales de una cámara.
PILAR CORONA
Macizo de protección entre cámaras separando dos subniveles de explotación.
BULONES
Pernos de anclaje o entibación.
CUELE
Barreos de apertura de una voladura.
REFUGIO
Abrigo para personal o maquinaria.
RELLENO
Material estéril que ocupa y entiba un hueco explotado.
SOLERA
Parte inferior de un frente o tajo de explotación.
VENTILACIÓN
Circuito de aire para la habitabilidad de personas o máquinas.
COMPUERTAS
Reguladores de la ventilación y del relleno hidráulico.
NIVEL PRINCIPAL
Galería de transporte de mineral hasta pozos de extracción.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 4.- CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEOS.Los objetivos principales de un método de explotación subterráneo o por interior son el diseño
geométrico de los huecos a generar, la selección de la maquinaria y del sistema tecnológico más apropiados para lograr una extracción segura, económica y selectiva de los yacimientos de minerales a una cierta profundidad, sin tener que remover los materiales que lo recubren desde la superficie. Los medios y pasos necesarios para el desarrollo de un proyecto minero de interior son los mismos citados para el cielo abierto o por sondeos, esto es la ingeniería minera en sus tres niveles de : * Diseño geométrico y Planificación de las operaciones * Ingeniería de los sistemas o técnicas operativas * Estimación de los costes de inversión y de operación. Y más modernamente a los objetivos de seguridad, fiabilidad y rentabilidad del proyecto hay que añadir su integración en el entorno o medio ambiente. Los factores determinantes en la elección del método de explotación de minería de interior, al igual que mencionamos en los capítulos de selección de métodos son: * Geometría del yacimiento - Morfología ( Masiva, tabular, filoniana, etc.) - Potencia y buzamiento - Tamaño - Regularidad, distribución de las leyes * Aspectos geomecánicos - Resistencias (Mena, techo y muro) - Fracturación (Intensidad, tipo y frecuencia) - Campo tensional in situ (Profundidad) - Comportamiento dinámico de los distintos materiales * Aspectos económicos - Leyes del mineral - Valor unitario del mineral (Recuperaciones mineras y mineralúrgicas) - Productividad, vida y ritmo de la explotación.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS * Seguridad y medio ambiente - Aspectos y regulaciones de seguridad e higiene - Impacto ambiental (Paisaje, subsidencia, aguas, etc.) - Impacto social (Personal, sindical, político, local, etc.) Dentro de los métodos que entendemos como convencionales y utilizables en el momento actual como corresponde a las limitaciones enumeradas citamos los siguientes: 1.- POR SOPORTE NATURAL DEL TERRENO * Cámaras y pilares * Subniveles 2.- POR SOPORTE ARTIFICIAL SISTEMÁTICO * Cámaras almacén * Corte y relleno * Entibación cuadrada * Testeros 3.- POR HUNDIMIENTO DEL TECHO * Tajos largos * Por bloques * Por subniveles * Por rebanadas horizontales. Los sistemas de explotación propios de la minería subterránea difieren ligeramente de los de cielo abierto, si bien esencialmente los básicos son los mismos para ambas; el arranque del mineral de su lugar de formación y su transporte hasta el exterior. 1.- Sostenimiento y fortificación - Cuadros, mallas, pletinas, chapas, etc. - Bulones, cables y pernos - Relleno u hormigonado - Posteo o malleo - Mampostas metálicas
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 2.- Arranque - Por acción de la gravedad (Hundimiento controlado) - Por perforación y voladura con explosivos - Por acción mecánica de una máquina o minador 3.- Carga y desescombrado - Sistemas discontinuos (Cargadoras, volquetes y transportadores) - Sistemas continuos (Minadores, rozadoras) 4.- Transporte interior - Sistemas discontinuos (Manual, L.H.D., Volquetes, trenes ,etc) - Sistemas continuos (Cintas, Panzers, etc.) 5.- Extracción - Pozos de extracción vertical - Planos inclinados con cintas - Rampas para camiones o volquetes - Sistemas hidráulicos de transporte 6.- Servicios - Ventilación y aire acondicionado - Desagüe y drenaje - Mantenimiento y talleres - Iluminación - Almacenes y polvorines - Oficinas y vestuarios - Guardería y control de seguridad - Impacto ambiental - Viviendas y hábitat minero
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS LOS MÉTODOS MINEROS DE INTERIOR 1.- Por soporte natural del terreno (Método de cámaras y pilares) Son aquellos métodos de operación en que se transfieren las tensiones (campo gravitacional), a los pilares que lo sostienen. Se puede utilizar algún sistema artificial y adicional para sostener el hueco, como es el empleo de bulones o cables para mantener el techo, pero la mayoría de las tensiones son soportadas por las propias columnas creadas en los huecos producidos por la explotación. Se explotan las cámaras de mineral y se dejan de explotar deliberadamente una serie de áreas y / o volúmenes de mineral o roca para conseguir el sostenimiento del conjunto. Los pilares pueden ser de una sección más o menos cuadrada o rectangular, aunque en algunos casos son redondeados y suelen dejarse entre techo y muro en los yacimientos sedimentarios de una potencia o espesor limitado. Se llaman "de parte" a los pilares transversales o de "costilla" cuando son longitudinales y se trazan normalmente de techo a muro del depósito mediante la creación de unas galerías paralelas entre si, que dan lugar a los pilares previos de "parte" y posteriormente se trabaja recuperando una parte de esos pilares para crear los pilares definitivos. No existe una recuperación total del yacimiento y el porcentaje recuperado es función, para unas condiciones determinadas, del correcto estudio geomecánico que determine, con un margen razonable de seguridad, el ancho del pilar y la estabilidad del conjunto. Una variante muy utilizada en la minería metálica de masas verticales y relativamente anchas es el denominado método de
subniveles con la posibilidad de emplear grandes cámaras con barrenos descendentes en paralelo y con voladura en retirada (VCR) o bien en cámaras menores con barrenos ascendentes en abanico, con grandes voladuras para almacenar el mineral en tolvas o piqueras, desde donde se extrae con palas en el nivel inferior. Campo de aplicación Se emplea en aquellos yacimientos tabulares con: Buzamiento:
inferior a los 30º de inclinación (semihorizontales)
Potencia
entre 3 y 20 metros (medianas o bajas). El mínimo de potencia vendrá obligado por el dimensionamiento del equipo que tendrá que operar en el hueco y el máximo por la rentabilidad comparada con otros métodos posibles.
Resistencia del techo:
coeficiente de seguridad Rc/peso > 8
Fracturación del techo:
Baja.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Como el operador o los maquinistas con sus equipos deben trabajar bajo el techo abierto, siendo el único método en que trabajan así, se deben verificar al máximo las condiciones geomecánicas para asegurar asegurar el trabajo. Todos aquellos métodos en que el personal y las máquinas trabajan bajo el techo de mineral requieren unas condiciones intensas y sistemáticas de saneo del mismo.
MÉTODO DE CÁMARAS Y PILARES EN DEPÓSITOS INCLINADOS
*
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
CÁMARAS Y PILARES EN DEPÓSITOS POCO INCLINADOS
ARRANQUE POR SUBNIVELES CON PERFORACIÓN EN ABANICO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
2.-Por soporte artificial sistemático (Método por corte y relleno) Se trata de un método en el que se sustituye el mineral arrancado por un material estéril más o menos preparado (estéril exterior, residuos de flotación, mezclas preparadas y cementadas, etc) para que sostenga el hueco generado. Existen las siguientes variantes: a)
b)
Corte y relleno ascendente . Método que trabaja sobre el piso artificial del relleno introducido y ataca el mineral en el cielo del tajo. La secuencia del arranque avanza desde la base a la cabeza de una cámara, por lo que la masa del mineral deberá ser suficientemente competente. (ej. Mina de Sotiel) Corte y relleno descendente . Método que trabaja sobre el piso de mineral quedando el techo en relleno, lo que exige un material resistente y rígido para su mantenimiento. La secuencia de arranque avanza desde la cabeza a la base de la cámara, y puede aplicarse para cualquier tipo de roca, aunque no fuera competente.
c)
Otras variantes. Para su aplicación en casos muy especiales se pueden utilizar otros métodos como: * Corte y relleno por galerías (ej. Neves Corvo) * Acceso por rampa o pocillos. Método de testeros (ej. cuenca asturiana) * Perforación horizontal o vertical
Campo de aplicación Se emplea en aquellos yacimientos tabulares o masivos con: Buzamiento:
superior a los 40º de inclinación
Potencia
Cualquiera
Resistencia del techo:
Influye poco
Fracturación del techo:
Según la variante empleada.
Por lo general este método tiene la ventaja de posibilitar una buena selectividad del mineral, aunque presenta los inconvenientes de una baja productividad y un control muy sistemático de la dilución durante la carga sobre el relleno.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
ESQUEMA DEL MÉTODO DE CORTE Y RELLENO (SHERPA UNDERGROUND)
3.- Por hundimiento del techo (Método de hundimiento) Se trata de un método en el que no se actúa sobre el hueco generado dando lugar, en un momento determinado, al hundimiento del techo de la cámara de explotación, llevandose a cabo un cierto autorellano por el material colapsado. La esencia del arte minero del método está en el adecuado control del momento, la magnitud y el lugar del hundimiento. Existen las siguientes variantes: a) Hundimiento por subniveles. Creación de unas cámaras en yacimientos grandes y verticales, con autonomía de cada subnivel y secuencia descendente de arranque, carga y hundimiento del techo. Desde la galería superior del subnivel se arranca el mineral, mediante perforación y voladura, que cae sobre el piso inferior del subnivel en donde se almacena para su extracción desde unas galerías transversales.
Campo de aplicación: Se emplea en los yacimientos tabulares con: Buzamiento: superior a los 50º de inclinación Potencia: media - alta (superior a 20 m)
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Resistencia del techo: poco competente Fracturación
Intensiva
b) Hundimiento por bloques. Explotación en retirada desde un extremo al otro del yacimiento, en el que el hueco creado se va rellenando con el techo de estéril que inevitablemente se mezcla con el mineral situado en el piso de la cámara. La dilución se controla por medio de una carga selectiva hasta que haya demasiado estéril. El gran problema del método está en la capacidad de control del hundimiento, siendo la situación ideal la del hundimiento continuo como sucede en el sistema de tajo largo “Long Wall”. El extremo negativo ocurre cuando el techo no hunde o lo hace de golpe, en cuyo caso hay que recurrir a un hundimiento provocado mediante voladura.
Campo de aplicación: Se emplea en los yacimientos masivos con: Buzamiento: superior a los 50º de inclinación Potencia:
alta (superior a 50 m)
Resistencia del techo: poco competente, muy fracturado Fracturación
muy Intensiva
c) Otras variantes del hundimiento y especialmente aplicables a los yacimientos carboníferos son el método de sutirage, abataje u ordeño que se emplea en la cuenca leonesa para capas de gran potencia y también en el popular método de tajo largo en el Reino Unido y otros países sajones para capas de carbón horizontales y con poca potencia. El hundimiento por rebanadas horizontales se emplea en los yacimientos masivos con formas irregulares pero no alargados, con pequeño tamaño o bajo buzamiento, en donde no es posible el empleo de grandes cámaras y hundimiento por bloques. D) Los métodos por hundimiento requieren siempre unos importantes estudios geomecánicos y causan grandes efectos medio ambientales en la superficie del terreno afectado por el mismo.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
MÉTODO DE EXPLOTACION POR HUNDIMIENTO CONTROLADO Y ALMACENAMIENTO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS CAPITULO XXIV. LA EXPLOTACIÓN POR SONDEOS PEQUEÑA HISTORIA DEL MÉTODO DE SONDEOS. La técnica o el proceso de perforación de sondeos ha desarrollado tal nivel de perfeccionamiento en los últimos 150 años que, lo que era un sistema ha pasado a convertirse en uno de los métodos mineros más extendidos y aplicados a ciertas sustancias tan vitales para la humanidad como son el agua, los hidrocarburos o algunas sales e incluso se está desarrollando para la lixiviación de metales o la gasificación del carbón.
PLATAFORMA DE SONDEO EN TIERRA
Denominamos como sondeo la apertura de un barreno o hueco en la corteza terrestre, sin acceso directo por parte del hombre a ella que, si en un principio puede tener como principal objetivo la
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS extracción de una muestra para conocer la calidad del terreno o roca, pasa posteriormente a ser el lugar geométrico que, por su enorme importancia económica, ha dado paso a una técnica que libera las presiones internas de un fluido para llevarlo a la superficie o como una tubería para permitir el bombeo en forma continua y lograr la extracción de un mineral. Básicamente se trata de un cilindro con una longitud mucho mayor que su diámetro y que suele ser vertical, aunque modernamente se intenta y logra la ejecución de sondeos inclinados y dirigidos.
El principio u origen del sondeo, llamado también en algunos países pozo o hole, se llama la boca, la superficie cilíndrica, la pared y la parte más baja, el fondo. La distancia desde la boca hasta el fondo se denomina la longitud del sondeo, oscilando entre unos pocas decenas hasta varios miles de metros. Los sondeos se perforan en general con una reducción progresiva del diámetro cada cierto intervalo, siendo el máximo de unos 900 mm (36") y el mínimo de 76 mm (3"9). Se pueden perforar sondeos verticales e inclinados. La principal aplicación de la explotación mediante sondeos es la extracción de hidrocarburos tanto líquidos como gaseosos.
El mundo de los hidrocarburos está dividido en tres grandes procesos, como el resto de las sustancias mineras, el primero de los cuales comprende las fases de prospección y producción. La fase "intermedia" es el transporte por medio de petroleros, camiones o ductos para llevar el petróleo o gas hasta las refinerías o plantas de tratamiento. La etapa final incluye los procesos de refinado, comercialización y distribución hasta llegar a la gasolinera, urbanización o consumidor final. Una compañía que abarque las tres fases iniciales, intermedias y finales puede decirse que es "integrada" o estructurada.
Según una de las hipótesis más aceptada internacionalmente, los hidrocarburos son el residuo geológico de desechos orgánicos, principalmente de plancton microscópico, que flotaba en mares y ríos y también de plantas terrestres que se acumulaban en el fondo de océanos, lagos y costas. Durante millones de años, estas sustancias, ricas en átomos de hidrógeno y carbono fueron arrastradas a través de paleocauces a sucesivas capas de sedimentos marinos o lacustres, en general arcillosas, porosas e impermeables, en las cuenca y desembocaduras de los grandes ríos posteriores como Tigris y Eúfrates, Volga, Misisipí, Danubio o Níger.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS
PRINCIPALES CUENCAS PETROLÍFERAS EN EL MUNDO
La presión y el calor subterráneos "cocinaron" la materia orgánica y la convirtieron en algunos casos en turbas, lignitos, hulla o antracita, en pizarras bituminosas o en otra línea evolutiva en hidrocarburos en forma fluida que a través de las propias fisuras o poros de las rocas emigraba hasta quedar atrapada en alguna formación geológica que estuviera constituida primeramente por una roca permeable, encerrada entre rocas impermeables como las pizarras por arriba y agua salada más densa por debajo. Normalmente, en los depósitos de este tipo, el gas que es más ligero, llena los poros de roca como un "techo de gas" por encima del petróleo. Cuando la perforadora penetra en estos depósitos la menor presión dentro del sondeo o hueco permite que el petróleo vaya fluyendo por el orificio hasta la superficie en forma final de un chorro. La clásica imagen peliculera del surtidor o fuente de petróleo es tan solo el resultado de la despreocupación o de la incapacidad por dominar la presión del hidrocarburo que sube por el sondeo mientras su presión es suficientemente elevada. A medida que continua la extracción, la presión se reduce y el sondeo necesita alguna ayuda desde el exterior, bien mediante bombeo por técnicas como los balancines o por bombas verticales en el fondo del barreno o también por medio de la reinyección de gas en el sondeo, técnica conocida como "elevación con gas".
En general el producto que suele salir a la superficie es una mezcla de gas y petróleo crudo más o menos denso y con mayor o menor calidad, medida en general por su "ligereza" o contenido mayor de hidrocarburos ligeros. A partir de este punto aparece la segunda fase minera de la explotación que consiste en el control de producción o flujo y en el transporte hasta la planta de proceso, llamada Refinería, para convertir un producto no vendible o con aplicaciones muy
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS limitadas en una serie enormemente variada de artículos útiles a la sociedad como las gasolinas para transportes, keroseno, combustibles para calefacción y para la producción industrial o energética, materiales petro-químicos, etc.
En los primeros años los combustibles procedentes del petróleo eran utilizados exclusivamente como medios de iluminación en las lámparas, como durante siglos había sido utilizados por persas, indios y otras civilizaciones en aquellos lugares en los que los crudos afloraban en fuentes y eran extraídos a cielo abierto por medio de pocillos y con trapos impregnados. En el siglo XIX las técnicas y conocimientos para procesar los hidrocarburos no eran muy diferentes de la fabricación de los aguardientes, lo que motivó que algunos fabricantes de Whisky se pasasen al refino del petróleo. Actualmente la técnica de refino y las plantas son bastante complejas, avanzadas tecnológicamente y muy caras de construir.
El petróleo crudo, al igual que los otros productos refinados se pueden transportar en grandes barcos denominados petroleros o en otros más pequeños como las gabarras fluviales o incluso en camiones-cisterna, aún perdiendo una de las grandes ventajas de su competitividad con otros combustibles, como es el transporte continuo a través de tuberías denominadas ductos. Los famosos oleoductos, tan antiguos casi como la industria petrolera, ya que el primero de ellos (Tidewater) se instaló en 1879 en Pennsylvania para unir los yacimientos con los mercados del Este de EE.UU., han dado lugar a una expansión de la utilización de este producto mineral que han convertido el siglo XX en la era de los hidrocarburos con todos los errores, grandezas y tragedias propias de los productos estratégicos para el ser humano y con un final casi trágico al intentar ser convertido en un arma política e incluso religiosa por parte de alguno de los grupos detentadores de grandes reservas o recursos, cuando es y será siempre, tan solo y simplemente, un bien mineral más, como otro cualquiera sometido a los mismos fenómenos mineros y sociales, entre otros a los de su sustitución por otro combustible que sea más económico, al aprovechamiento mayor y mejor de los criaderos y de sus residuos, como eran el gas hasta hace poco o el asfalto para otros crudos, y no menos por sus limitaciones medio-ambientales que, hasta ahora, le han favorecido en contra del carbón o el uranio por su peligrosidad, ya que sus procesos producen bastantes más accidentes por año que el resto de toda la industria minera, sin contar los procesos bélicos que ha generado a través de todo el siglo.
Los grandes yacimientos petrolíferos mundiales forman grandes cuencas, en general, en la
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS desembocadura de los grandes cauces o paleocauces como son: -
el Oriente medio (Arabia Saudí, Kuwait, Iraq, Irán, EAU) conectados a través de grandes oleoductos con el mar Mediterráneo para su comercialización occidental y con grandes puertos para los petroleros,
-
la gran cuenca de la desembocadura del Misisipí en el Golfo de Méjico, Tejas, Oklahoma y Luisiana conectadas por medio de largo oleoductos con las zonas del Este y medio Oeste,
-
la histórica zona rumana y moldava de la desembocadura del Danubio en el Mar Negro
-
la gran cuenca Rusa del Mar Caspio en Baku que, para convertirse en rentable, tuvo que realizar el gran Oleoducto que, cruzando el Caúcaso por Georgia, lo ponía en contacto con el Mar Negro para acercarlo al mercado Europeo;
-
los yacimientos de Venezuela y Méjico que han dado tanta riqueza y problemas a los principales países hispano-hablantes productores de petróleo,
-
el nuevo yacimiento del Mar del Norte que ha hecho posible la tecnología de los sondeos y extracciones en grandes profundidades marinas,
-
los difíciles criaderos de Argelia y Libia que para su desarrollo en pleno desierto hacen necesaria la conexión con Europa a través de grandes óleo y gasoductos que cruzan el Mediterráneo para acceder al gran mercado europeo
-
el gran yacimiento de Alaska, puesto en explotación en unas condiciones climatológicas extremadas y que mediante el gran Oleoducto, que lo une con Valdez para suministrar Petróleo a la zona Oeste de EE.UU. y el Japón, ha hecho posible su comercialización.
Adjuntamos, como resumen de esta introducción, unos gráficos sobre las producciones y los precios del petróleo, que reflejan en sus fluctuaciones cíclicas el carácter puramente minero y por tanto sujeto a las variaciones de la demanda más que a las limitaciones de la oferta que ha demostrado a lo largo del siglo y medio de existencia como el precio ha ido aumentando los recursos disponibles hasta una situación actual de cierta estabilidad en los precios por la confirmación de más de un billón de barriles de reservas. El consumo actual de crudo está en el orden de unos 60 millones de barriles diarios que equivalen a unos 3200 Millones de toneladas por año.
La unidad de medida histórica del crudo ha sido el barril, en principio de madera, y aunque se haya utilizado bien poco, ha dejado su nombre a una medida que es exactamente de 42 galones USA, equivalentes a 159 litros. En Europa se suele preferir la medida en toneladas, en principio
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS más lógica y minera, ya que en la volumétrica sería necesario complementarla con la densidad o ligereza que es una medida de calidad. En el Japón se prefiere emplear la unidad de kilolitros.
Para los gases naturales se emplea más comúnmente la unidad de metros cúbicos, que en condiciones normales de presión y temperatura equivalen a 0,001 t. El consumo actual de gas estimado está en unos 12400 millones de t por año, siendo en algunos casos una limitación a la explotación de un mayor ritmo o flujo del crudo, lo que había dado lugar tradicionalmente a quemar el gas como un residuo en los pozos de petróleo, si no se podía comercializar.
Millones de barriles/Día
PRODUCCIÓN HISTÓRICA DE CRUDOS Fuente: Cambrigde Energy Research Enero-Sep. 1990
PRECIOS HISTÓRICOS DEL PETRÓLEO CRUDO
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS LA TÉCNICA DE PERFORACIÓN DE LOS SONDEOS DE EXPLOTACIÓN. La perforación de los sondeos por medios mecánicos y rotativos fue originalmente utilizada por los chinos para la búsqueda de agua y trasplantado a los EE.UU. por los obreros y técnicos que construían los ferrocarriles en la década de 1840/50, siendo aplicado por primera vez en la extracción de sales en el Sur. El legendario Coronel Drake, tuvo la visión de aplicar esta técnica a la producción del Petróleo en la zona de Pensilvania, donde era extraído a cielo abierto, y recurrió precisamente a los perforistas chinos de la sal, dando lugar a los primeros desarrollos de la industria petrolera americana y concediéndolas una ventaja tecnológica que han sabido comercializar y extender por todo el mundo. Tras su primera aplicación en América, la perforación de sondeos se extendió rápidamente en las nuevas zonas petrolíferas de Rumania, Persia y Azerbayán, así como en las Indias Orientales, que eran una parte del Imperio Holandés, dando lugar a la creación de las primeras grandes compañías o Trust, que aún hoy en día constituyen alguno de los primeros imperios financieros y mineros del mundo.
La penetración o avance en la roca del subsuelo se realiza a través de la perforadora constituida básicamente por cuatro conjuntos o componentes:
La máquina , cuyo fin es la transformación de la energía primaria (eléctrica, diesel o aire com-
primido) en la energía mecánica de impacto o rotación que va actuar sobre el segundo componente que será la transmisión por las barras o por tubos, que la transportan hasta el útil o broca de corte que actúa directamente, concentrando el máximo de esa energía, sobre la superficie a ser penetrada en forma de una fuerza de compresión, cizalladura o tracción. Finalmente y de la mayor importancia en la perforación moderna, es necesaria la presencia de un fluido que extraiga el detritus producido hasta la superficie para que no estorbe a la siguiente fase de avance y para que el material extraído pueda ser reconocido.
La perforación, para la producción de hidrocarburos, agua y sales, se realiza normalmente en rocas de origen sedimentario y por tanto, con unas resistencias a la compresión, en general de dureza baja-media, inferiores a los 1000 Kg/cm 2. Por otra parte, la gran profundidad, que a menudo se requiere alcanzar en estos sondeos y la necesidad de entubarlos a medida que avanza la perforación obliga a realizar sondeos telescópicos que por ejemplo, se inician con un diámetro de 24"(610 mm) y concluyen con 8 ½" (216 mm). En estas condiciones el sistema comúnmente empleado es el rotativo, que de hecho, tuvo su origen y fue desarrollado en el campo
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS del petróleo para dar una mayor acción de corte al efecto de cizallamiento que al impacto, obtener un tamaño de detritus mayor y una buena velocidad y un mínimo coste por metro lineal
Así mismo el fluido más empleado, dadas las profundidades y la necesidad de conocer y examinar los detritus, ha sido el denominado lodo, que es una mezcla de agua con algunos aditivos, cuya finalidad principal es aumentar la densidad, además de otras misiones tales como: -
El control de las presiones internas de la formación.
-
La lubrificación y limpieza de la sarta
-
La limpieza del fondo del sondeo.
-
Asegurar la correcta evaluación de la formación.
-
Revestir e impermeabilizar las paredes del sondeo
-
Proteger las formaciones potencialmente productivas
Por ello la elección del mismo y el continuo control de su composición, características y parámetros de circulación es absolutamente vital en este tipo de sondeos. Los lodos de perforación utilizados en los sondeos de hidrocarburos constan de: 1.-
Una fase líquida compuesta normalmente por agua dulce o salada y, a veces por aceite solo o mezclado con agua.
2.-
Una fase solida compuesta por materiales de baja densidad como ciertas arcillas (bentonita o atapulgita según que la fase liquida sea salada o dulce) y otros de alta densidad como la barita.
3.-
Una serie de aditivos que actúan como agentes químicos para controlar la dispersión y la floculación.
La correcta dosificación de estos productos permite regular alguna de las características físicas del lodo de perforación como son la densidad y viscosidad que juegan un papel fundamental en la marcha del sondeo. La barita proporciona una mayor densidad para contrarrestar las presiones de la formación en el sondeo; sin embargo una densidad excesiva provoca un incremento de la presión hidrostática que redunda en perdidas de circulación y reducción de la velocidad de perforación. Las arcillas, a las que en ocasiones se le añaden ciertos polímeros, proporcionan la viscosidad necesaria para mantener los detritus en suspensión; por contra un exceso de viscosidad aumenta las perdidas de carga en el circuito y por tanto la presión hidrostática en el anular entre barras y sondeo, así como posteriormente dificulta la desgasificación del lodo y la separación de las detritus incorporados durante el avance.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS El circuito de circulación del lodo se representa en la figura adjunta. El lodo es bombeado desde la balsa de alimentación hacia la manguera que conecta con la cabeza giratoria situada en la parte superior de la sarta.
Pasa a continuación por el interior de la misma y después de salir por las toberas del tricono, retorna por el espacio anular hasta la superficie, donde, tras ser desgasificado y separado de los detritus y arenas que lleva en suspensión, mediante cribas y ciclones, vuelve a la balsa y es rebombeado de nuevo al circuito por medio de bombas de lodos. La inyec-
SISTEMA DE CIRCULACIÓN DE LODOS
ción del lodo en la sarta se hace a través de una cabeza de inyección, swivel, que al poder girar loca e independientemente de la sarta, evita que la manguera de inyección se enrolle alrededor de la misma.
Los sondeos pueden ser estructurales, de prospección, de exploración, de explotación, apreciativos, de inyección, de observación y especiales de acuerdo con su objetivo principal, aun cuando puedan tener varias funciones.
La perforación puede desagregar la roca a través de procedimientos mecánicos, térmicos y físico-químicos, siendo los más habituales los mecánicos por medios percusivos o los rotativos puros, si bien la tendencia más normal es hacia los sistemas rotopercusivos.
Dentro de las técnicas de perforación de sondeos es preciso diferenciar claramente las que se realizan en tierra (On-shore) de
PLATAFORMA DE SONDEO MARINA
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS las que se llevan a cabo en el mar o en lagos sobre plataformas flotantes o apoyadas en el fondo marino (Off-shore) que obviamente resultará mucho más compleja y que si, en un principio, fue empleado por primera vez en el Golfo de Méjico, en el Lago de Maracaibo y en el Mar Caspio, su máximo desarrollo ha sido en la magnifica explotación del Mar del Norte por parte de británicos y noruegos en unas condiciones dificilísimas de profundidad de explotación, de altura de la lámina de agua y climatológicas extremas.
EL EQUIPO DE PERFORACIÓN Una maquina de perforación, como se puede observar en las figuras, independiente de que sea en tierra
o
en
mar,
consta
esencialmente de una torre, malacate o mástil de unos 40/50 metros de altura, en cuya parte superior se sitúa el bloque fijo de poleas que sustenta a su vez el polipasto móvil y el gancho de cual pende toda la sarta de perforación. El mástil ha de soportar todos los esfuerzos verticales que se derivan de la sustentación de la sarta y de la columna de entubación, así como de los posibles
atranques
que
puedan
producirse. También sirve para el almacenaje y manipulación de la SONDEO PETROLÍFERO EN EL MAR
*
serie de barras o tubos de reserva para la perforación.
Debido a los altos pares de rotación requeridos para la perforación en sondeos profundos y a la gran altura del mástil y de los tramos de barras, el giro de toda la sarta se realiza mediante una mesa de rotación, situada en la base de la torre que a su vez hace girar una barra poligonal (cua-
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS drada o hexagonal) llamada "barra Kelly", colocada siempre encima de la sarta de barras. De esta forma los esfuerzos de torsión se transmiten a la subestructura, bajo el mástil y no a este último. Esta robusta subestructura sirve también como plataforma de trabajo. El equipo de accionamiento consta básicamente de un cabrestante movido por motores Diesel o eléctricos y de la mesa de rotación mencionada. Dispone de un sistema de embrague y transmisión con varias velocidades y de un freno de fricción, generalmente asistido por otro eléctrico o mecánico. El enroscado y desenroscado de las barras se hace por el tiro que proporciona el cable accionado por un cabrestante auxiliar.
La mesa de rotación, además de hacer girar la sarta tiene como misión la sujeción de la sarta durante las maniobras para lo que dispone de un sistema de trasmisiones por medio de cajas de reducción y un engranaje trapezoidal con un buje de sección cuadrada o poligonal que hace girar la barra Kelly.
La cabeza de pozo (B.O.P.= Blow out preventer) o equipo de prevención de erupciones consta de un doble sistema de cierre accionado hidráulicamente, que se coloca en la embocadura del sondeo y permite cerrarlo con o sin sarta en su interior, controlando la invasión de petróleo, gas o agua.
El esquema de una sarta de perforación típica se muestra en la figura adjunta. De la barra Kelly se suspenden las barras de perforación (drill pipes), que trabajan a tracción por el peso de los lastrabarrenas (drill collars) que cuelgan debajo de ellas. Estos lastra-barrenas son unas barras de mayor peso y rigidez que proporcionan sobre el útil de corte el necesario empuje.
El útil de corte o boca (Bit) empezó siendo de aletas para posteriormente dar paso al tricono de dientes. Si, en algún momento se requiere la extracción de testigos se puede utilizar una corona de diamantes. Uno o varios estabilizadores con un diámetro ligeramente inferior a la boca se utilizan para controlar las desviaciones del sondeo. Las bombas de lodos, situadas junto o debajo de las cajas o balsas de desgasificación, decantación y preparación de los lodos complementan el equipamiento de la plataforma, que en el caso de las marinas es complementado con el sistema propio o no de traslación y de fijación al fondo marino, así como de un Helipuerto para la conexión con tierra.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS La longitud de la perforación L es igual a "n x l" siendo n el número de barras y l la longitud de la barra y se llama tramo al conjunto de barras que pueden ser elevadas en una sola operación de izado sin necesidad de separarlas, lo que es función de la altura del mástil y de la capacidad de elevación del malacate, para disminuir y abaratar las operaciones de ajuste y extracción de barras por lo que es conveniente que la dimensión del tramo sea la mayor posible, lo cual hace que la principal característica de las torres o mástiles de perforación de sondeos profundos sea su gran altura en comparación con las perforadoras mineras más habituales. Por régimen de perforación se entiende la combinación de parámetros que influyen sobre los rendimientos del trabajo y que el maquinista puede variar operativamente. Tales parámetros son: -
La carga o empuje axial sobre el fondo P tr
-
La velocidad rotativa de la boca
-
El consumo de lodo o líquido lavados Q
Los rendimientos del trabajo que actúan sobre los costes y el tiempo de perforación son: -
La velocidad mecánica de perforación en ml/h
-
La cantidad de metros perforados por una boca hasta su desgaste completo (m/boca).
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La velocidad media del sondeo, teniendo en cuenta las perdidas de tiempo en diversas operaciones necesarias.
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El coste de perforación en Euros/m.
La velocidad de perforación, como en toda perforación rotativa, es prácticamente proporcional al empuje y a la velocidad de rotación, salvo los problemas en la evacuación de detritus del fondo del sondeo. A este respecto cabe señalar que la densidad y viscosidad del lodo tienen en este caso un efecto negativo sobre la velocidad de perforación al impedir que los detritus se desprendan con facilidad del fondo
Los pozos o sondeos de petróleo o gas se tienen que perforar en las más diversas condiciones geológicas, geográficas y climatológicas y sus profundidades pueden variar entre unas centenas hasta varios miles de metros. Por ello las instalaciones de perforación tienen que ser también variadas para responder a las distintas exigencias de cada caso o cada condición determinada.
FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Los principales parámetros de la instalación de perforación o maquina de sondeos son: -
La altura de la torre o mástil
-
La capacidad de levantamiento de la carga,
que determinan las estructuras y características del equipo de perforación y la potencia de los motores principales y auxiliares. De la altura del mástil y de su capacidad de elevación depende la longitud del tramo de barras que puede ser montado y desmontado así como la longitud del varillaje de revestimiento a manejar.
De acuerdo con la clasificación rusa adjuntamos un cuadro normalizado de las principales características de los equipos de perforación de sondeos de petróleo y gas, que suelen emplear motores Diesel, de turbina de gas o eléctrico.
Concluida la perforación de un tramo del pozo o sondeo a un determinado diámetro y tras realizar los registros geofísicos que proporcionan la información sobre el mismo se procede a la colocación de una tubería de revestimiento (entubación), cuya misión es: - Evitar hinchamientos o derrumbes de las paredes del pozo - Aislar zonas con posibles perdidas de circulación - Aislar acuíferos - Garantizar un determinado diámetro para las posteriores operaciones.
A continuación se inyecta una lechada de cemento en el espacio anular comprendido entre las paredes del sondeo y la columna de entubación (cementación). Esta operación sirve para:
- Anclar la tubería de revestimiento al terreno - Separar las zonas productivas de las no productivas, que contengan otros fluidos. - Aislar zonas con riesgos de perdida de circulación. - Minimizar el riesgo de erupciones, sellando zonas de alta presión de formación. - Proteger la tubería de revestimiento de la corrosión.
El tipo de cemento a utilizar, así como los aditivos, acelerantes o retardadores de fraguado, a añadir, dependen de las condiciones de trabajo en cada caso (profundidad de la inyección, temperatura, etc)
