Métodos de explotación explotación en la mediana minería del Perú Mining methods of the peruvian medium size mining operations
Estanislao de la Cruz, Ángel Álvarez, Carlos Rodríguez V., Alfredo Huamaní, Lidia de la Cruz, Víctor Lázaro* * Docentes de la EAP de Ingeniería de Minas de la UNMSM. E-mail: UNMSM. E-mail: E-mail:
[email protected]
RESUMEN En el Perú tenemos yacimientos minerales en la costa cos ta y en la sierra (andes ( andes peruanos), en los que se puede encontrar la mineralización en forma de vetas, mantos y cuerpos. Las empresas mineras de acuerdo al tipo de yacimiento y algunos criterios eligen el método de explotación. Por el volumen de producción, puede ser de la gran minería, mediana minería, pequeña minería y minería artesanal. Luego de la independencia del Perú, casi todas las minas han sido abandonadas porque los trabajadores eran los naturales (indios) del imperio incaico, quienes fueron esclavizados por los invasores (españoles) que trabajaban con mano de obra sin costo alguno. Cuando quisieron reiniciar las operaciones mineras, ningún peón quería ir a la mina porque “ir a l a mina
era ir a morir”. Hasta que los gobernantes de ese entonces (1895) ofrecieron muchas ventajas a los extranjeros para que qu e puedan explotar minas en el Perú, razón ra zón por la que en 1905 llega al Perú una empresa norteamericana norteameric ana que en 1915 llega a formar la la Cerro de Pasco Corporation, Corporati on, que funcionó hasta 1974, año en que fue nacionalizada. Esta empresa implementa tecnologías de explotación en seis grandes unidades mineras ubicadas en la región central del Perú, con profesionales mineros, geólogos y químicos, generalmente, que por requerimiento de la mediana y pequeña minería, migran con el Know How adquirido y así iban implementando técnicas a nivel de mediana y pequeña minería del Perú, las que actualmente a ctualmente se conocen como corte y relleno ascendente y descendente, corte reducción, reducció n, hundimiento de bloques y la formación de cuadros o enmaderado. Palabras clave: Métodos clave: Métodos de explotación mineros, mediana y pequeña minería, minerí a, explotación de minas, minería peruana.
ABSTRACT Mineral deposits in Peru are found along al ong both the coast, and the mountain range (Peruvian Andes). Ore deposits occur in veins, strata and bodies. Mining Mini ng companies select their exploitation methods following various criteria such as ore and deposit types, ore deposit size, position below surface and a nd so on. Considering production level, l evel, mining operations may be large, medium and small sizes. After the Independence period, nearly all mines were abandoned as mine workers were indian natives who
were enslaved by invaders. Indians worked at no cost c ost to the spaniard mine owner. When mines where requiered to start operations, no worker wanted to return to mines as the mining work was synonymous of death. By 1895 peruvian rulers rul ers offered many advantages to foreigners working mines in Peru. In 1905 a U.S,. mining company established in Peru and by 1915 a foreign mining company initiated operations: The Cerro de Pasco Corporation. This company was finally nationalized in 1974. Cerro de Pasco Corporation implemented new minig technologies at each of its 6 major mining units located in the central region regi on of Peru. Mining professionals, geologists and chemical specialists fron this company migrated to the medium and small mining operations taking with them the new techniques learned in mining methods such as cut and fill, shrinkage, block caving and square setting among others. Keywords: Keywords: Methods of mining exploitation, medium and small mining, peruvian mining. I. INTRODUCCIÓN Nuestra mentalidad al investigar los métodos de explotación que emplea la mediana minería en el perú es tener una visión de conjunto de la tecnología de explotación de minas subterráneas en la mediana minería del Perú, quienes con sus posibilidades económicas e inquietudes de sus profesionales se ingenian en implementar el método de explotación que están aplicando en su unidad de producción; porque la gran minería trae expertos extranjeros para implementar un determinado método de explotación para su yacimiento donde invierten gran capital. En el Perú hay alrededor de 60 empresas de la mediana minería de los que en nuestro estudio estamos abarcando 10 empresas mineras de las que se trata las fases de sus operaciones, que algunos no toman en cuenta el orden que debe tener un método de explotación, simplemente describe el yacimiento, las labores mineras, la producción, dando mayor importancia a la organización de la empresa, problemas con su personal y otros. En este trabajo queremos ordenar y tomar temas concernientes a la tecnología de explotación de las minas subterráneas de la mediana minería del Perú. II. MARCO TEÓRICO Para hacer un estudio de un método de explotación en la minería subterránea, se debe tener presente los siguientes pasos:
Exploración Desarrollo Preparación Explotación
- Diseño de perforación - Voladura - Limpieza
Ventajas
Desventajas Eficiencia, seguridad, variantes
III. MÉTODOS Y RESULTADOS 3.1. Mina San Rafael: explotación por subniveles Está situada en el distrito de Antauta, provincia de Melgar, departamento de Puno, a una altitud aproximada de 4500 msnm a una altitud que varía entre los 4500 y 5200 msnm en la cordillera oriental de los Andes del Perú. La mina San Rafael es la principal productora de estaño en el país y una de las más importantes del mundo. Los métodos de explotación en subsuelo empleados son el almacenamiento provisional y el derribo por subniveles con capacidad de extracción de 2700 toneladas/día, con leyes que promedian el 5% de estaño. 3.1.1 Explotación por subniveles
La disposición natural del mineral en el yacimiento en forma de vetas con ensanchamientos en su estructura denominados bolsonadas o cuerpos, con buzamientos que oscilan entre 48 hasta 75º. La potencia de la mineralización en vetas que oscila entre 2.0 m hasta 6.00 m y en los cuerpos hasta los 35.00 m, lo cual favorece la aplicación del método. Las características de la roca encajonante (intrusivo, pórfido, monzogranítico) muy competente y de dureza media. Profundización del yacimiento con mineralización continuada, cuyo acceso es a través de una rampa principal de 6 x 4 m2 sección y gradiente negativa de 10%. 3.1.2 Preparaciones para el minado actual con bancos de 25 m de altura
Desde la rampa principal se accede mediante una cortada a la zona mineralizada y se desarrollan niveles de preparación cada 25 m con una sección inicial de 5 m x 4 m siguiendo la dirección del rumbo de la estructura mineralizada. Estas galerías luego son desquinchadas en toda la potencia de la veta o cuerpo, dejando pilares provisionales de una sección de 10 m x 5 m en el caso de cuerpos potentes. Posteriormente, se desarrollan galerías de extracción cada 100 m de altura ( bypass), cuya sección es de 5 m x 4 m, ubicadas en la caja piso y paralelas a la estructura mineralizada, las cuales están a 15 m de distancia de la veta o cuerpo. Desde el bypass se preparan estocadas (drawpoints) cada 15 m con una sección de 4 m x 3 m en dirección perpendicular a la estructura mineralizada. En los extremos de los tajeos se desarrollan chimeneas sobre mineral de una sección de 2 m x 1.5 m, que sirven de cara libre para la voladura de los bancos. A fin de diversificar la secuencia de minado y disponer de más caras libres se desarrollan rampas auxiliares entre niveles.
3.1.3 Explotación
A inicios del año 1992 se toma la decisión de introducir el método de " sublevelstoping", desarrollándose para ello niveles de perforación ubicados cada 25 metros. El método de explotación se realiza en blocks mineralizados que tienen una longitud que varía de 100 hasta los 200 m. En sus extremos se desarrollan chimeneas que servirán de cara libre (slot ) que están ubicadas en la caja techo de la estructura. (Ver Figuras Nº 1 y 2).
3.2. Mina Yauricocha: Explotación por subniveles La mina Yauricocha se encuentra ubicada en el distrito de Alis, provincia de Yauyos, departamento de Lima, a una altitud promedio de 4600 msnm. 3.2.1 Método de Explotación
El método de minado elegido y su actual ejecución se describen como la preparación de accesos al cuerpo mineralizado, subniveles paralelos a los cuerpos, ventanas transversales a los cuerpos, chimeneas de extracción y bolsillos. La secuencia está en función del planeamiento elaborado previamente.
3.2.2 Labores de preparación
Comprenden la construcción de chimeneas, los subniveles paralelos al mineral, ventanas de acceso al mineral, construcción de bolsillos y refuerzo de cimbras. 3.2.3 Desarrollo
Cuerpo catas. El acceso principal es la rampa negativa (-11%) RP0153W que se ubica en la galería 2989-SE del nivel 670, cuya sección es de 2.4 x 2.4 m y unirá los niveles 670 y 720, teniendo una longitud de 444 m. (Ver Figuras Nº 3 y 4).
3.2.4 Labores de preparación. Construcción de chimeneas
Cuerpo catas. Se han construido tres chimeneas CHIM 904, CHIM 906, CHIM 066 de sección 1.5 x 1.5 m cada una y de 30 m de longitud. 3.2.5 Construcción de subniveles
Cuerpo catas. El cuerpo catas tendrá un portón general con subniveles cada 10 m. En el piso 16 se ha construido un subnivel principal, que tiene una sección de 2.4 x 2.4 m y una longitud de 191 m, que corre paralelo y separado en promedio 15 m del cuerpo mineralizado. Es a partir de allí donde se construyen las ventanas. Se estima que solo el 20% de este subnivel va a requerir algún tipo de sostenimiento, ya que se está emplazando en caliza y las labores actuales en el Nv 670 y Nv 720 no tienen sostenimiento. En el piso 8 el subnivel principal tiene una sección de 2.4 x 2.4 y una longitud de 198 m. Del mismo modo, solo el 20% requiere sostenimiento. En el Nv. 720 solo se construirán un bypass y una cámara para carguío de carros mineros. El total de laboreo en este Nv es de 22 m, ya que el crucero 2027 ya fue construido por CENTROMIN. 3.2.6 Explotación, perforación y voladura
Para ejecutar los bolsillos se utilizarán técnicas de perforación y voladura convencionales, debido a la muy mala calidad de la estructura mineralizada. El flujo de mineral se va a producir al ejecutar los bolsillos, de no suceder esto se abrirán tantos como sea necesario hasta provocar el flujo gravitacional del mineral. No será necesario diseñar ningún tipo de voladura sistemática ni usar taladros largos por el poco tiempo de autosoporte del mineral.
3.2. 7 Explotación y acarreo de mineral
El mineral se extrae por los drawpoints con scoops eléctricos, para catas con el TamrockMod EJC 61E de 1.5 yd 3 y para Cuye con el Wagner Mod EHS T1A de 1 yd 3, que son los equipos con que cuenta la empresa en la actualidad. De acuerdo con las necesidades para incrementar la producción, se están adquiriendo dos scoops eléctricos de 2.5 yd 3 marca Wagner y Tamrock. A continuación se detallan los rendimientos para cada scoop.
3.3. Minera Atacocha: corte relleno mecanizado Generalidades Atacocha se ubica en la zona central del Perú, a 15 km al NE de la ciudad de Cerro de Pasco, en un macizo de la Cordillera Occidental de los Andes. Se pueden considerar dos unidades, Atacocha y Santa Bárbara, con una distancia entre ambas de aproximadamente 1 km, con marcadas diferencias tanto en la génesis como en la mineralización. 3.3.1 Método de Explotación
En 61 años de operación continua, la mina Atacocha ha aplicado varios métodos de explotación, como son: "Shrinkage", "Square Set", "UnderCut and Fill"; los cuales fueron modificados en función a las características físicas del yacimiento y necesidades técnico-económicas que se han generado en el transcurso del tiempo. Actualmente, el 100% de la explotación se realiza con el método de corte y relleno ascendente mecanizado. 3.3.2 Desarrollo
A partir de una rampa principal se desarrollan accesos con gradiente de 15% y sección 2.70 m x 2.70 m hacia la parte central de los cuerpos, es decir por cada tajeo se diseña dos frentes de ataque en breasting (verTabla Nº 2).
Labores de preparación
3.3.3. Explotación
El diseño de perforación se especifica en la Tabla Nº 3
Voladura. En la voladura se emplea Examon V en los niveles superiores y la dinamita Semexsa de 6 0% x 1 1/8" x 7" en los niveles inferiores (por problemas con la ventilación). Se dispara por tandas de 80 taladros utilizando Fanel. El factor de potencia es de 0.178 Kg/TM para la dinamita y de 0.225 Kg/TM para el Examon V. En la limpieza de mineral se utilizan los Scooptram de 2.0 ydj. Limpieza. Para el acarreo de mineral disparado en las cámaras hacia los echaderos utilizaremos un "scooptram" eléctrico de 2.0 yd3, que recorrerá una distancia máxima de 80 m. Relleno. El relleno es totalmente hidráulico. El drenaje del agua del relleno demora una guardia, debido a la buena percolación existente.
3.4. Mina Andaychagua: corte relleno descendente La mina Andaychagua, ubicada aproximadamente a 180 km al este de Lima, tiene su veta principal formada por el emplazamiento de fluidos hidrotermales que han rellenado las fracturas y espacios vacíos con ligero reemplazamiento de las cajas. El mineral se compone de sulfuros masivos y diseminados de Zn, Pb y Ag. Su producción actual es aproximadamente de 450,000 t por año de mineral de zinc y plata, el método de explotación es de corte y relleno descendente, y se explota con leyes de zinc 6.2% y plata 7.8 Oz/t. 3.4.1 Método de explotación
La mina Andaychagua se explota con el método de corte y relleno descendente, con un relleno cementado competente que varía desde 4 m hasta 14 m de ancho 3.4.2 Desarrollo
La infraestructura de la mina se desarrolla en cada piso, las rampas tienen una gradiente de 12%, con una sección de 4 m x 4 m. Se explota el mineral con cortes de 8 m de altura en sentido descendente. Los tajeos tienen 230 m de longitud y cada ala, este y oeste, se explota con un solo acceso independiente que sale de las rampas principales. 3.4.3. Explotación
Diseño de perforación. Se realizan perforaciones verticales a ambos lados del tajeo con malla de perforación de 1.5 m x 1.7 m y un diámetro de 2.5". Se perforan 8 m más 1.5 m de sobre perforación. Voladura. La voladura se realiza con ANFO usando una cara libre o slot, que servirá después del ciclo para extraer la segunda parte del mineral disparado.
Limpieza. Se utilizan scoops de 6.0 yd3 para el acarreo de mineral y solo se extraen 3 m de los 8 m de mineral disparado hasta llegar a una altura de tajeo de 8 m. La extracción se realiza con volquetes de 20 tm que llevan el mineral de los la superficie.
bypass
a
3.5. Mina Raura: corte y relleno ascendente La mina Raura se encuentra ubicada en el departamento de Huánuco (distrito de San Miguel de Cauri, provincia de Lauricocha) y es accesible a través de la carretera LimaHuacho-Oyón-Raura de 303 km; la altitud varía de 4300 a 4800 msnm. El cuerpo Blanquita está ubicada en la zona de El Abra al lado oeste de la mina Raura, a 6 km de la planta concentradora, accesando por línea de cauville y luego con un túnel sin rieles. Este cuerpo fue explorado en el año 2002 con 532 m. de labores de exploración y desarrollo y con 4241 m de sondajes diamantinos, obteniéndose reservas indicadas de 579446 TM, adicionalmente se desarrolló una chimenea Alimak de 325 m de longitud para ventilación. 3.5.1 Método de Explotación
Se ha considerado para la explotación el método por "corte y relleno ascendente". Este diseño comprende en una primera etapa la explotación de un bloque entre las cotas 4660 y 4760 (100 m de altura) y 319 000 TM de mineral, se ha estimado una producción inicial de 5000 TM/mes y luego se incrementará a 10 000 TM/mes. 3.5.2 Desarrollos y preparaciones
Como se mencionó en un numeral anterior, inicialmente la explotación comprende un bloque de 100 m de altura para lo que se requiere de la ejecución de las siguientes labores preparatorias de acuerdo a la Tabla Nº 5.
El desarrollo de una rampa de 3.5 m x 3.0 m de sección y hasta 15% de gradiente, ubicada en la caja piso, hacia el NW del cuerpo mineralizado. En diferentes subniveles, desde la rampa, se desarrollarían dos cruceros de acceso al cuerpo, los mismos que serían realzados para efectuar los cortesde mineral. Estos cruceros tendrían hasta 18 % de gradiente. La construcción de un echadero de mineral ( orepass) junto a la rampa; la rampa y el orepass estarían conectados en cada subnivel por un crucero. (Figura Nº 5). 3.5.3 Explotación
Perforación y voladura. Se seleccionó un Jumbo de dos brazos, la perforación será en breasting con longitudes efectivas de perforación aproximadas de tres metros. Relleno. Se analizaron tres alternativas de relleno: Detrítico con chimenea, que se desechó por no disponer de detritus en superficie; Relleno Hidráulico, que requiere de una bomba Marhs adicional de alta presión, que por el momento no es recomendable porque la inversión requerirá de mayores reservas; Detrítico transportado desde superficie, el que es factible a pesar de su alto costo 4.85 US$/TM. 3.6. Cía. Minera Caylloma: corte relleno shirinkage –
El distrito minero de Caylloma se localiza a 14 km al NW del pueblo de Caylloma, capital del mismo nombre, provincia de Caylloma, Región Arequipa. Se encuentra a una altura de 4500 a 5000 msnm. Sus coordenadas son: 8’317,650 N 192,584 E 3.6.1 Métodos de explotación
Corte y relleno ascendente. Se utiliza el método de Corte y Relleno Ascendente denominado "OverCut and Fill". El minado de corte y relleno es en forma de tajadas horizontales empezando del fondo del tajo y avanzando hacia el nivel inferior. Luego de cada corte de mineral y una vez extraído completamente el mineral del tajo, este se rellena con material estéril hasta tener una altura de perforación adecuada (2,5 m). El relleno cumple dos funciones: proporcionar un nuevo piso para la perforación y de sostenimiento de la labor. 3.6.2 Labores de preparación
Las vetas se desarrollan en sentido horizontal en galerías, las cuales están separadas entre 25 a 50 m entre niveles, dependiendo de la zona. En sentido vertical se desarrollan chimeneas espaciadas cada 50 m, quedando dividida la veta en bloques. Las chimeneas se proyectan hasta superficie o hasta el nivel superior. Entre dos chimeneas extremas separadas a 25 m se construye un buzón-camino-buzón (triple), lo que permite así definir el block a explotar. El piso inicial puede ser camada de madera (si se realzó desde la galería) o puente de mineral de 2,5 m de altura.
El corte de los tajos se hace con cara libre hacia las chimeneas. El disparo es en toda la longitud del tajeo (una sola tanda). Es una adecuada práctica que en los extremos del tajeo cerca de las chimeneas se realice un corte más, para que el relleno tenga fluidez. 3.6.3 Explotación
Diseño de perforación. Es del tipo vertical o realce. El ancho de minado mínimo es de un metro, espacio suficiente para que el perforista opere su máquina y trabaje con comodidad. Se usa perforadoras tipo Jacklegs, Atlas Copco, utilizando barrenos integrales de 2, 4, 6, 8 pies de longitud. En la perforación se usa como mínimo tres guiadores, que contribuyen a uniformizar el paralelismo de los taladros perforados. La malla de perforación para vetas menores o iguales a 50 cm es en zigzag con burden de 25 a 30 cm. Para vetas de 0.80 - 1.00 m., se hacen taladros alternados en número dos y uno por fila, con un burden de 30 cm. Shirinkage dinámico convencional. Es conocido también como almacenamiento provisional. El método se usa en labores que presentan cajas semiduras o duras y un buzamiento mayor de 60°. En este método el mineral es cortado de manera continua en rebanadas horizontales empezando de la parte baja y avanzando hacia arriba. 3.6.4 Labores de preparación
Se prepara bloques de desarrollo y preparación de 50 m de longitud delimitados por chimeneas. En altura la separación entre niveles va desde los 25 a los 50 m. Delimitado el tajeo, se corre un subnivel y se procede a sellar chimeneas cortas con un ángulo de 45° a partir del segundo disparo, con la finalidad de facilitar que el mineral roto caiga a la tolva. La separación de las chimeneas de eje a eje es de 5 m. El realce de mineral se realiza levantando el techo en forma vertical a todo lo largo del tajeo. De todo el mineral roto solo se extrae el 40% por los buzones, produciendo un hundimiento, hasta una altura que permita realizar el nuevo corte. A medida que se va cortando mineral, se comunica ventanas a las chimeneas para ingresar del personal y servicios. Estas ventanas están separadas cada 4 m, en vertical, dejando pilares laterales, hacia la chimenea. Limpieza. Después de la voladura, se ventila la labor. Para ello las mangueras deben estar en el tajo y desde el nivel inferior se abren las válvulas y buscando que el gas salga hacia el nivel superior. Se extrae el mineral en coordinación con los perforistas del tajo. Este método se usa en las vetas de San Cristóbal y Bateas. 3.7. Unidad minera Iscaycruz (sub-niveles ascendentes con relleno cementado) Iscaycruz es una mina subterránea que se encuentra ubicada en la parte oriental de la Región Lima, a 4700 msnm, la mineralogía del yacimiento se encuentra emplazada en
las calizas de la Formación Santa y corresponde al tipo de reemplazamiento metasomático, con una inyección hidrotermal tardía. 3.7.1 Método de Explotación
Actualmente el método de minado subterráneo empleado en Iscaycruz es: "subniveles ascendentes con relleno consolidado". La ventaja de este método consiste en que permite obtener una alta recuperación del mineral con una baja dilución, en forma rápida y segura. 3.7.2 Labores de preparación y desarrollo
El ingreso al interior de la mina se realiza mediante una rampa negativa construida en la caja techo del cuerpo mineralizado (cuarcitas). A partir de esta labor, se preparan subniveles perpendiculares al rumbo del cuerpo mineralizado. Una vez interceptado el cuerpo en potencia, se ejecuta una galería central paralela al rumbo del cuerpo. Cuando ya está delimitado el cuerpo en sus extremos, se procede a la explotación mediante cruceros transversales. Para tener una mayor flexibilidad en el minado, se ejecuta un bypass en los extremos norte y sur del cuerpo, permitiendo de esta manera tener mayor número de frentes de minado.
3.7.3 Ciclo de minado
Una vez delimitado el cuerpo, se procede a la ejecución de los cruceros en los subniveles inferior y superior (de caja techo a caja piso). Estas labores se realizan transversales al cuerpo para poder delimitar su potencia. Una vez concluidos los cruceros, se inicia la comunicación mediante la perforación y voladura de una chimenea vertical (10 m), la que servirá de cara libre del minado del tajo.
Posteriormente, se realiza la perforación y voladura de los taladros de producción ordenados en filas, paralelos a la cara libre. Para la limpieza del tajo se utilizan scoops de 3,5 yd3 accionados a control remoto. Una vez que queda vacía la cavidad, se procede inmediatamente a rellenar con agregados cementados. Después de transcurrido el tiempo de fraguado del relleno (aproximadamente siete días), se procede al minado de los tajeos adyacentes de acuerdo con la secuencia de minado.
Aplicamos esta malla en roca suave de dureza RMR. 21-35, para lo cual se perforan tres taladros de alivio de 5" de diámetro con una separación de 0.50 cm entre uno y otro taladro. Con respecto a los taladros de arranque, están a una distancia de 1.50
cm entre uno y otro. Los taladros cuadradores y arrastre están a una distancia de 0.80 cm. Tomando en cuenta los taladros de arranque y la corona, los taladros quedan vacíos. Para un mejor control, estos tienen una separación de 0.40 cm entre uno y otro taladro. Para su aplicación se requiere mucho criterio. 3.7.4 Sistemas de Relleno
Relleno cementado. Iscaycruz cuenta con una planta de relleno cementado (agregado cementado) que permite cubrir las demandas de la operación. El ingreso de relleno a la mina es vía camiones hasta la chimenea de relleno. De esta chimenea se distribuye el relleno a los diferentes tajeos mediante equipos de acarreo. La dosificación del relleno agregado cementado es la siguiente: grava 86%, relave cicloneado 10%, cemento 4% y relación agua/cemento: 1/1. Relleno en pasta. Iscaycruz también cuenta con una planta de relleno en pasta. Este se define como una masa pastosa capaz de ser bombeada y transportada a través de tuberías, compuesta de partículas finas (relave), cemento, agua y un elemento químico llamado floculante. Es una mezcla homogénea que no se segrega y cumple los requerimientos de resistencia para la cual fue diseñada. Como requerimiento básico, es necesario que el contenido mínimo de finos que pasa la malla-635 en el relave sea el 15% de su peso. Esto junto, con el floculante, le permite obtener la consistencia de pasta y la cohesividad necesaria para evitar la segregación de las partículas, haciendo que cambie de una masa fluida a una masa plástica (pasta) de fácil bombeo, que evita los atoros y reduce el desgaste prematuro de la tubería de transporte. IV. CONCLUSIONES El método Corte y Relleno ascendente es empleado por dos empresas mineras: Empresa Minera Atacocha y Empresa Minera Caylloma. El método Corte y Relleno descendente es empleado por una empresa minera: Empresa Minera Andaychagua. El método Shirinkage dinámico es empleado por una empresa: Empresa Minera Caylloma. El método Tajeo por subniveles es empleado por tres empresas mineras: Empresa Minera San Rafael, Empresa Minera Yauricocha, Empresa minera Iscaycruz. La gran mayoría de estas empresas no emplean y ponen en práctica las fases de operaciones mineras: En las empresas mineras San Rafael, Yauricocha, Atacocha, Andaychagua, Raura, Caylloma, Iscaycruz; no se contempla en sus operaciones las fases de exploración, ventajas, desventajas, eficiencia, seguridad ni variantes. De las 40 empresas mineras de la mediana minería solamente se estudió siete. V. RECOMENDACIONES
Sería recomendable que se continuara con este y otros estudios, a fin de conocer la tecnología de explotación en la mediana minería del Perú para uso y aplicación de los empresarios de la mediana y pequeña minería y estudiantes de las escuelas de ingeniería de minas de las diferentes universidades del Perú.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AIME, Hand Book. 2. Arévalo Sánchez, Sofia; Blas Bernardo, Luis; Cruz Contreras, Jesús (2011). Trabajo práctico del curso de Explotación Subterránea I "Métodos de explotación en la minería cperuana" - Escuela de minas, UNMSM 2011. 3. B. Stoces, Elección y crítica de los métodos de explotación en minería – Omega. 4. Corte Relleno Ascendente, Mina Atacocha. 5. Corte Relleno Ascendente, Mina Caylloma. 6. Corte Relleno Descendente, Mina Andaychagua. 7. Cummins – Givens, Mining Engineers Hand Book. 8. Echegaray Palma, Frank; Juber Delgado, César; Luque Pareja, César; Ugarte (2011). Trabajo práctico del curso de Explotación Subterránea I "Métodos de explotación subterránea en la Mediana Minería" - Escuela de Minas, UNMSM 2011. 9. EIA de la Mediana Minería del Perú (descripción de proyectos). 10. IIMP, trabajos presentados en las diferentes Convenciones de Ingenieros de Minas del Perú. 11. IIMP: Minería. 12. Informes de los Planes Operativos de las Empresas Mineras del Perú. 13. J. Vidal, Explotación de Minas I – II – III. 14. Revista: Engineering and Mining Journal. 15. Shirinkage dinámico, Mina Caylloma. 16. Tajeo por subniveles, Mina Iscaycruz. 17. Tajeo por subniveles, Mina San Rafael. 18. Tajeo por subniveles, Mina Yauricocha.
19. Tesis Profesional de las diferentes Universidades del País. 20. Trabajos Técnicos presentados a los diferentes Simposium de Minería, organizados por las diferentes Universidades del Perú. 21. Trabajos técnicos presentados en los diferentes congresos mundiales de minería. 22. Trabajos Técnicos y Autores. Minería N.° 206 - Agosto 1989.
Tecnologías de explotación empleadas en las minas subterráneas del Perú ING. ESTANISLAO DE LA CRUZ CARRASCO
I. Resumen En forma sucinta tratamos la Tecnología de Explotación que se emplea en las minas subterráneas del Perú. Publicamos en este artículo el Corte y Relleno Descendente. Para cada método emplearemos los items siguientes: Una descripción del método, luego en qué casos se aplica, tipos de yacimiento, comportamiento del mineral y las cajas, el desarrollo y preparación para la aplicación del método. En la rotura dentro del stope (tajeo) tratamos las mallas de perforación que se aplican para cada método, equipo de perforación, material con sus respectivos accesorios de voladura. Luego las bondades e inconvenientes de este método. Para terminar con la recuperación del mineral del block de explotación, la eficiencia y variantes del método. También, se mencionarán las minas en las que se aplican en el Perú. II.- Introducción Tecnología de explotación empleada en las minas subterráneas del Perú, es fruto de una paciente investigación de los métodos de explotación que se aplica a la pequeña, mediana y gran minería. El estudio comprende los métodos que se emplean en el Perú, pero también es saludable decir que el alma mater de la minería peruana ha sido las diferentes unidades que ha formado la Cerro de Pasco Corporation (Cerro de Pasco, Cobriza, San Cristobal, Morococha, Casapalca y Yauricocha). De ellas salió el KNOWHOW de los diferentes métodos de explotación que se conocen en el Perú. Los profesionales mineros formados en el plan Cerro o en planes Centromín de extensión profesional para Ingenieros de Minas, donde se dictaban en forma teórica y práctica el análisis y crítica de los métodos de explotación minera, han asimilado la tecnología y cuando dejaban la empresa se llevaban la Tecnología de Explotación de los diferentes métodos de Minado. En este breve trabajo trataremos el Método de Corte y Relleno Descendente (Under Cut and Fill). III.- Antecedentes Los Métodos de Explotación de la Minería Subterránea en el Perú, se aplican en la gran Minería, mediana y pequeña Minería. A pesar que la tecnología existe, la mayoría de técnicos y profesionales vinculados a la Minería no la conocen. Sólo sale a luz cuando los expertos participan en eventos importantes como las Convenciones de Ingenieros de Minas que organiza el Instituto de Ingenieros de Minas. Los forums, simposiums que organizan las diferentes universidades donde existe la especialidad de Ingeniería
de Minas, Institutos Técnicos, el Capítulo de Minas del Colegio de Ingenieros del Perú, los que se publican en revistas especializadas que existen en el Perú. Hay material de trabajo, pero falta investigar y publicar, tal como está haciendo la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. IV- Metodología Para la realización del presente trabajo se ha recurrido a las siguientes fuentes. - Visita a las unidades de producción de la ex Cerro de Pasco Corporation, Raura, Buenaventura y otras unidades(San Juan de Lucanas, Cía Minera Uyuccasa (ex Canarias)). - Revisión de los informes de los participantes del Plan Cerro y los planes de Extensión Profesional para Ingenieros de Minas de la Empresa Minera del Centro del Perú. - Estudio de Métodos de explotación en las minas de la pequeña, mediana y gran Minería Peruana. - Estudio de las cartas mensuales o informes mensuales de los Superintendentes de las diferentes unidades de producción a los Gerentes de Operaciones de las empresas mineras. V.- Resultados Descripción sucinta de los principales métodos de explotación estudiadas: 1.- Corte y Relleno Descendente. Consiste en romper el mineral en diferentes pisos y en sentido descendente. Después que un corte o piso haya sido completamente extraído, se procede a rellenar antes de empezar el nuevo corte en el piso inmediato inferior. Este relleno es el que va ayudar en el sostenimiento del techo del nuevo frontón que se abre. El minado del mineral continúa piso por piso hasta terminar el bloque. El relleno que se aplica, es el relleno hidroneumático y se trabaja en terrenos muy suaves que pueden ser cuerpos o vetas de buena ley. El relleno hidroneumático tiene dos capas una de mezcla rica, de 1:6 de proporción de cemento y arena, y la mezcla pobre, para completa el relleno, tiene 1:26 de propor ción de cemento y arena. La loza y sobre loza del relleno trabajan bien a las fuerzas de compresión que actúan sobre las cajas y la fuerza de flexión procedente del techo. 2.- Corte y Relleno Ascendente. Consiste en la rotura del techo a partir del subnivel que se ha desarrollado. El mineral roto se extrae, el vacío que queda se rellena con material detrítico o los relaves provenientes de la planta concentradora, los mismos que sirven de soporte de la cajas y levantar el piso para continuar con la perforación del siguiente ciclo. Este método es el más empleado en la mayoría de las empresas mineras de la mediana y pequeña, en un 85%.
3.- Corte y Relleno con Techo en Arco. Es un corte y relleno ascendente de grandes dimensiones, cuya característica fundamental es mantener el techo del tajeo en forma de bóveda o arco y se corta por tramos sucesivos horizontales. En cuerpos mineralizados, se puede explotar dos o más tajeos simultáneamente dejando pilares de sostenimiento entre ellos. Este método se emplea en la unidad Cerro de Paseo, Morococha de Centromín Perú, cuya estadística se comenta en el capítulo correspondiente. 4.- Corte y Reducción. Llamado también almacenamiento provisional. Consiste en tajear de abajo hacia arriba hasta terminar el block del mineral. El mineral roto se mantiene sobre puentes del mismo material donde se construyen tolvas para extraer el mineral. Los puentes y el mineral almacenado soportan las presiones laterales, asimismo el mineral está actuando como relleno temporal porque luego de romper todo el block se jalará el material para enviar a la planta concentradora. El volumen del mineral roto aumenta en una proporción de 30% (grado de esponjamiento) que el mineral in sito, este exceso debe extraerse cada vez que se rompe una tajada, con el fin de abrir un espacio suficiente para que el perforista continúe con su trabajo. Este método emplean en el Perú, la mediana minería y en la gran minería lo aplica la unidad Casapalca de Centromín Perú porque las condiciones del terreno son favorables. 5.- Conjunto de Cuadros. Consiste en romper el mineral en yacimientos suaves, a medida que se arranca, el espacio abierto se sostiene con cuadros de madera, los que se emblocan contra las cajas y contra el mismo material. Los cuadros se van armando unos a continuación de otros en forma longitudinal de la veta o en forma transversal de caja a caja. En los cuerpos la dirección del tajeo depende del plan de minado. Cuando el mineral y las cajas son resistentes, puede romperse cierto número de bloques, para armar los cuadros, pero si el terreno es suave se arranca un block y se sostiene de inmediato. Este método tiene variantes, las que describen en el capítulo correspondiente. Se aplica en la Unidad de San Cristóbal, en la sección del mismo nombre para la explotación del tungsteno y en la unidad Yauricocha para la explotación de la plata, ambos de Centromín Perú. En la mediana minería se aplica en Buenaventura en la un¡dad Julcani también mina de plata. Para aplicar este método, el yacimiento tiene que tener una buena ley y de consistencia suave. 6.- Cámaras y Pilares.
El mineral es completamente roto, dejando espacios en forma de cámaras intercalados por unos macizos de mineral denominados pilares, cuya finalidad es sostener el techo. Los pilares pueden estar ubicados en forma regular a distancias iguales o pueden ser esporádicos. Los pilares regulares se diseñan cuando la mineralización es homogénea, en este caso el ancho del pilar es igual al ancho de la cámara. La longitud comprende el ancho del manto o del cuerpo que se explota. En algunas minas hay diferencia del ancho de la cámara y el pilar, siendo mayor el de la cámara. Los pilares esporádicos se emplean cuando la mineralización del cuerpo o manto no es continuo o sea tiene muchos caballos, en este caso, el pilar se deja donde la ley del mineral es baja y generalmente tiene forma cilíndrica. El ancho del pilar depende de la dureza del mineral, de la resistencia del techo y de la presión que ejerce el terreno. Este método se aplica en yacimientos de grandes reservas de mineral y minerales no metálicos como el carbón, el potasio, etc. tenemos en la unidad Huaripampa de San Cristóbal, Centromín Perú, Empresa Minera Raura. 7.- Hundimiento de Bloques. En este método se rompe un pequeño bloque de mineral de forma cúbica, este hundimiento produce un fracturamiento sucesivo que va afectando gradualmente a todo el block. El mineral se extrae a través de chimeneas y galerías preparadas anticipadamente. En este caso el mineral es completamente suave, pero también se aplica el hundimiento de bloques en terrenos competentes, para ello se rompe el mineral con taladros largos. La altura del block puede ser de 40 a 50 metros con un ancho de 10 a 20 metros. La perforación se puede realizar por la parte inferior o por la parte superior luego de haberse preparado el tajeo. Este método emplea actualmente la minería mecanizada, y tiene variantes: el hundimiento por subniveles y el Long Wall. Corte y relleno descendente A.- SINONIMIA: Under Cut and Fill (U.C.F.). Corte y relleno descendente superpuesto. Explotación por bancos, por paneles , etc. Stossbau descendente. B.- DESCRIPCION DEL METODO Consiste en romper el mineral en diferentes pisos y en sentido descendente. Después que un corte ha sido completamente extraído, se procede a rellenar el espacio dejado por la explotación, antes de empezar el nuevo corte en el piso inmediatamente inferior. Este relleno es el que va a ser el techo del nuevo tajeo. La rotura del mineral se ejecuta piso por piso, hasta terminar con el bloque, en el nivel inferior.
C.- CONDICIONES DE APLICABILIDAD - En vetas cuyo mineral y cajas sean bastante suaves o inconsistentes, cuya potencia sea de gran magnitud. - En cuerpos muy suaves, con una ley muy alta, porque el método es costoso. - En yacimientos cuya mineralización es suave y deleznable con cajas falladas y fracturadas, que no pueden ser explotados por otros métodos. D.- PREPARACION La preparación para el método de corte y relleno descendente consiste en la elaboración de las siguientes labores: - Galerías o cruceros. - Chut y caminos. - Sub nivel principal de extracción. - La rotura del nivel superior. - La preparación del Sill. D1.- Galerías o Cruceros. Para bloquear se necesita la apertura de galerías o cruceros, de acuerdo al tipo de yacimiento (cuerpos o vetas). Cuando se trata de vetas, el desarrollo se realiza fuera de veta, tanto del nivel superior como la inferior, denominándose cruceros o labores paralelas, los que van a servir de acceso, transporte, conducción de tuberías de aire, agua y relleno hidroneumático, cuya sección puede ser de 8' x 8' ó 7' x 8' (2.10 x 2.40 mts). En los cuerpos, las galerías se pueden construir en el centro del cuerpo o también fuera del cuerpo con las dimensiones ya conocidas, sólo que en el caso de las galerías se hará con sostenimientos de cuadros de madera o arcos de acero en toda la longitud de la labor. D.2.- Chut y Camino. Tanto en las labores paralelas, fuera del yacimiento como dentro del yacimiento, se perforan chimeneas con dos o tres compartimentos, sostenidos con cuadros de madera de 5' x 5'x 7', uno de los cuales es el camino donde se encuentran los descansos y las escaleras; el otro compartimiento forma el echadero del mineral, con una buena estructura de sostenimiento y un diseño especial los que pueden ser de anillos de madera (anillado); pueden ser también los Sheck Board, los que tienen descansos en cada piso en forma alternada en los que el mineral va formando inclinados de tal manera que la caída del mineral va siendo amortiguado por el mismo material,
protegiendo la estructura del echadero. Con tuberías de acero de 38" de diámetro, construida con planchas de acero cuyo espesor puede ser de 1/4 ó 1/8 de pulgada. Estas chimeneas pueden estar ubicadas en el centro o extremo del área de explotación, cuya distancia entre dos chimeneas oscila entre 40 a 80 metros dependiendo del diseño de minas. El Chut y camino va a ser fundamental en la extracción del mineral, sirve para la ventilación y reconocimiento del cuerpo mineralizado, instalación de tuberías de agua y aire; cables eléctricos y tuberías de relleno hidroneumático. Sirve también para la evacuación del agua proveniente del relleno. D.3.- Sub Nivel de extracción. A partir de la chimenea se construyen los subniveles de extracción, totalmente con cuadros standard para galerías con una longitud que depende del tipo de yacimiento o del diseño de minas; este subnivel es el que varía de dirección de acuerdo a las variantes del método de corte y relleno descendente. El subnivel de extracción va unir todos los paneles o tajeos y sirve para la, extracción del mineral proveniente de la explotación de los tajeos paneles. Este subnivel se construye para cada piso de explotación. D.4.- La Rotura del Primer Piso. A partir del subnivel de extracción se empieza la rotura del mineral de acuerdo al reticulado que se ha diseñado o al paneleo que se tiene. La rotura se va haciendo en retirada, primero se rompe el panel del fondo y se va retrocediendo en forma alternada hasta el echadero, de manera que cuando uno de los paneles de un flaco está en rotura, el panel del otro flanco debe estar rellenándose. La rotura se puede hacer con máquinas patilladora o Pickhammer, en terrenos suaves. En terrenos que necesitan explosivos se perforan con un trazo de acuerdo al tipo de dureza. El ancho y la altura del panel puede ser de 3 metros y su longitud es variable, dependiendo de la forma del cuerpo, de la veta o del diseño. D.5.- La Preparación del Sill. La preparación para el relleno, se inicia cuando se ha terminado de limpiar el mineral de un panel. Se nivela el piso, se va tendiendo redondos de 8" de diámetro por 10 pies de longitud, en forma transversal al eje del panel y espaciados a 5 pies de cada redondo, luego se colocan dos cables en forma longitudinal. Se entabla en forma transversal a los redondos con espaciamiento de 6 pulgadas. También se entablan las paredes laterales. La entrada se cierra, con puntales y se entabla, finalmente se cubre con poliyute, para contener el relleno hidroneumático(fig. 3). La cantidad de represas varía de acuerdo a la longitud de la labor y se prepara cada 40 pies, promedio de la influencia de la presión del relleno. Finalmente se instala una línea
de rellenó con una tubería de 6" de diámetro que parte desde la bomba de relleno ubicado en cada nivel. El relleno se realiza en dos etapas: 1- Se echa la mezcla rica en una proporción de 1:6 (cemento y agregado) hasta la tercera parte de la altura de la labor 1 metro (3') y. 2- Se completa con una mezcla pobre 1:26, de 2 metros de altura. Luego se empieza a preparar el panel del otro flanco, que ya está limpiado y así sucesivamente, hasta completar todo el horizonte de explotación del nivel superior, incluido el nivel principal de extracción. Este es el Sill, que significa umbral o techo que debe resguardar o soportar todo el block de explotación. E.- EXPLOTACION. La explotación se inicia luego de haber terminado la colocación de la loza, cuyo ciclo de minado comprende: la preparación del subnivel de explotación, la rotura de los paneles, la limpieza preparación para el relleno y el relleno total del piso de explotación. E.I.- Sub-Nivel de Explotación. A tres metros debajo de la loza de explotación se empieza a abrir el subnivel de explotación de 3 x 3 metros de sección, la longitud varía de acuerdo al diseño o al ancho del cuerpo o la veta. A medida que se avanza con la rotura se va colocando puntales de sostenimiento o postes en los extremos de los redondos que se han tendido en la etapa de relleno en el piso superior. La perforación se realiza con máquinas perforadoras Jacklegs, con mallas que varían de 14 a 18 taladros, dependiendo del tipo de terreno con distancias entre 2 a 3 pies y con barrenos de 5 o 6 pies de longitud. (fig. 2) Se dispara con dinamita de 45%, con fulminantes No 6 y mechas de seguridad. La limpieza se realiza con winchas de arrastre de 2 tamboras. Esta operación se procede hasta llegar al contacto o la longitud que se ha proyectado de acuerdo al diseño de minas. E2.-La rotura de los paneles. A partir del subnivel de explotación se empieza a romper uno de los paneles de un flanco, con trazos de perforación que se ha empleado en el subnivel de explotación, igualmente a medida que se avanza con la rotura se va sosteniendo los redondos dejados en el Sill, con puntales de sostenimiento que llevan plantillas en el piso, para que no se hunda el puntal en el terreno suave. E.3.- La Limpieza.
La extracción o limpieza del mineral se practica con winchas y rastrillos hasta el subnivel de explotación y de allí son rastrillados hasta los echaderos del mineral, del cual los motoristas van jalando a los carros mineros para finalmente llevar a la cancha de gruesos de la planta concentradora (fig. 3) E.3.-preparación para el relleno. A medida que se va avanzando con la rotura y limpieza en el tajeo, se emplea dos tipos de sostenimiento. El sostenimiento provisional, constituido principalmente por la loza del piso de concreto del piso superior, y por los puntales que se van colocando debajo de los redondos que se han colocado, como cama del relleno del piso superior y las plantillas que se colocan debajo de los puntales de seguridad, para evitar que se hunda en el mineral del piso. El sostenimiento definitivo estará constituido por la loza de concreto que se rellena para el cual se procede de la siguiente manera: - Nivelación del tajeo de explotación. - Tendido de redondos a 5 pies de distancia si se trata de vetas se empotra en las cajas, luego se entablan. - Se colocan 2 cables en forma longitudinal a la labor. - Se cierra la entrada al tajeo por medio de redondos y luego se entabla o se enreja. - Se cubre o se forra la entrada y las paredes con poliyute, para contener el relleno y drenar el agua de percolación. El tajeo está listo para ser rellenado. E5.-Relleno. Esta operación consiste en enviar por medio de tuberías y aire comprimido el material de relleno consistente en una mezcla de cemento, agregado y agua. Se realiza en dos etapas: Primero el envío de la mezcla rica de 1:6, hasta un tercio de la altura del tajeo denominado la loza, luego se completa con la mezcla pobre de 1:26 hasta el techo, llamado también la sobre loza. Esta operación se repite hasta rellenar completamente todo el espacio abierto del piso o el área de explotación. Nuevamente se baja un piso y se continúa con el ciclo de explotación. F.- VENTAJAS. - Permite la explotación de cuerpos irregulares, deleznable o inconsistente. - La recuperación del mineral es alta, llega al 100%. - Poco consumo de madera, en la variedad Michi no se emplea madera, en la cama ni los puntales de seguridad.
- La seguridad es relativamente buena, en la variedad Michi es mejor, ya que el techo de concreto es una loza que atraviesa como una viga en toda la extensión del tajeo. - Poco consumo de explosivo por la suavidad del mineral. - La variedad Michi ha favorecido aumentar el ancho del tajeo por lo que se ha mecanizado este método. G.- DESVENTAJAS. - Se necesita bastante tiempo para los trabajos de preparación (4 a 5 meses). - No se puede dejar desmontes o caballos que se encuentran dentro del mineral, por lo que el tajeo se limpia totalmente para iniciar el relleno. - Es costoso por el gran consumo de cemento, madera y la labor diaria. - No se puede cambiar a otro método. - Paraliza la explotación de las áreas cuando hay escasez de cemento en el mercado. - El gran consumo de aire por las bombas neumáticas causa problemas a la perforación. H.- VARIANTES DEL MÉTODO. Las variantes del método de CRD o UCF, se aplica unas en cuerpos y otras en vetas, las mismas que dependen de la correlación que hay entre el eje del subnivel de explotación o el eje del panel de explotación del piso inmediatamente superior. HI.- Corte y Relleno Descendente Superpuesto. En esta variante los tajeos utilizan tanto en el subnivel de explotación o en el panel de explotación ejes con la misma dirección u orientación del piso inmediatamente superior, hasta la terminación del bloque o hasta el nivel inferior. Se emplea en la explotación de vetas o la recuperación de pilares(fig. 4). H2.-Corte y Relleno Descendente Alterno, En esta variante para iniciar la rotura en el piso inmediatamente inferior, los ejes de los tajeos son desplazados paralelamente con respecto a los ejes del tajeo superior una distancia igual a la mitad del ancho del tajeo (50%), no hay superposición del eje de los tajeos, por ello cuando uno va avanzando con la rotura, en el techo va apareciendo la mitad de los redondos tendidos en el piso del relleno superior. Y cuando se ha terminado en toda la longitud del tajeo se apreciará en el techo dos lozas con sus respectivos redondos, trabajando en voladizo (fig. 5). H.3.- Corte y relleno Descendente Cruzado o Michi.
Se caracteriza porque para iniciar la rotura en el piso inferior, el eje del subnivel de explotación se desplaza en forma perpendicular al eje del subnivel de explotación del piso superior. Por ello en estos tajeos el sostenimiento provisional utiliza las lozas apoyadas en las paredes de los tajeos adyacentes. La loza trabaja como una viga perfectamente empotrada en ambos extremos o como un puente, con una luz igual al ancho del tajeo, apoyados en las paredes de los tajeos vecinos, por lo que ya no es necesario reforzar con redondos en la loza, ni con puntales de sostenimiento. Al terminar la explotación de un piso, se baja al nivel inferior girando nuevamente los ejes en 90 grados, de tal manera que dichos ejes y lozas siempre aparecen como vigas cruzadas en los techos de los nuevos tajeos de explotación(fig 6). I.- RECUPERACION. La recuperación de este método llega al 100%, porque todo el mineral se reemplaza con el relleno. J.- SEGURIDAD. Se puede afirmar que el método es más seguro con relación a los riesgos de accidentes que puede representa. Las condiciones inseguras se pueden controlar y eliminar, porque están a la vista. Se trabaja bajo techo seguro y piso seguro.
