MINADO POR HUNDIMIENTO GENERALIDADES:
Los métodos de explotación por hundimientos, también se les denominan "caving methods".
Estos se basan en fractura miento de mineral y de la ca ja circ undante bajo condiciones rrumbes roladas. El mineral roto llena los espacios vacíos creados, donde los derru control continuos y totales son esenciales. Puesto que los vacíos de m ayor dim ensión pueden provocar el colapso repentino con alteraciones del mineral durante la operación. pítulo se estudian dos métodos de hun dimiento donde En este capítu
el principio se basa en el hundimiento diametral, opuesto al de los métodos con sostenimiento natural de pilares o macizos rí gidos. MINADO HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES INTRODUCCION:
También conocido como "subleve! caving", se aprecia en la figura 4.1. El cuerpo es dividido
en subniveles o espacios verticales p ropor oporcionalmente de 8 a I O rn, dependiendo de los equipos de perf oración y de las características del yacimiento, las galerías son ubicadas fuera de las secciones transversales del yacimiento; en depósitos angostos las galerías son paralelas a la veta. se realiza la perforación de taladros largos con trazo en abanico o veles pueden ser paralelo. La perf oración es realizada en retirada, y los diversos subnivel perforados completam ente antes que se inicie la voladura y la prod ucción. Desde el subnivel,
Para empezar el arranque se abre una rosa al techo de cada subnivel de perf oración, que sirva de salida a la voladura en retirada. Simultáneamente existen niveles en proceso de arranque, carguío, perf oración y preparación. El mineral derribado al inicio desciende a lo largo de las cajas, donde la extracción permite un ente aproximadamente uniforme. Los subniveles por debajo y encima también están fr ent incl uidos en la secuencia de la producción. La perf oración y voladura se ejecutan genera lm ente en anillos, pudiendo ser también en paralelo. Desde los subniveles el mineral es cargado a los "ore pass" y de estos a la superficie mediante la galería principal de transporte o en todo caso utilizando izaje mediante piques. Los espacios vacíos son completamente rellenados por el material estéril producto del derrumbe o hundimiento; la dilución del mineral con el desmonte puede variar entre I 0% y 35% y la pérdida del mineral varía entre el 5% y 20% CONDICIONES DE APLICACIÓN:
El método de explota ción por hundimiento de subniveles se aplica bajo las siguientes condiciones: 1. Generalmente es empleado en cuerpos verticales masivos y en depósitos que tienen grandes dimensiones y alto buzam iento. 2. Los minerales adecuados para el empleo de éste método son los de resistencia media, quebradizos y bien estratificados, que permitan poner al descubierto una supe uperficie relativamente grande y que se trocean con facilidad, sea con explosivos o por si solos debido a la presión del techo.
Los lí mites del yacimiento deben ser regulares. El terreno superficial debe pe rmi tir desp lomes, sin crear problemas graves. Debido a las pérdidas de mineral se aplica este método sólo en minerales de valor medio, y que no se presenten pro blemas en el tratamiento metalúrgico. 6. El método resulta especialmente favorable para yacimientos de gran volum en. 7. El yacimi ento debe ser muy potente y poseer una gran extensión horizontal, pues de ésta forma la presión del techo es mayor y el hundimiento será unif orm e. 8. El método se aplica para yacimientos que no requieren de clasificación. 9. Los requerimientos minimos para la esta bili dad del mineral exigen que la galería del subnivel deba sostenerse por sí sola, con soporte ocasional. El acarreo permite que la extracción del mineral sea conti nua. 3. 4. 5.
La dilución es el factor que influye en la aplicación práctica de las técnicas del "sub lev e) caving", El método es pref erido para yacimientos en los cuales el desmonte y el mineral econó mico son
f ácilmente hundibles. Sin embargo, esta situaci ón es dif erente cuando los límites del mineral son determinados por la ley de corte.
DESARROLLO:
Los traba jos de desarrollo consisten en la perf oraci ón para preparar los subniveles. Durante esta etapa se puede extraer más del 20% del mineral, además es necesario desarrollar los
"ore pass", inclinados, así como comunicar a los niveles principales. La cantidad del trabajo de desarrollo en los subniveles es sustancial; sin embargo las galerí as y subniveles son repetitivos pudiendo ser organizados y ejecutados eficientemente con equipos mod ernos La galería principal de extracc ión, los echaderos, realces, accesos de personal y servicios se ubican con frecuencia fuera del yacimiento; utilizándose estos muchas veces para la ventilación. La perf oración es ejecutada con una malla “fan - shaped" de forma radial y hacia arriba desde los subniveles.
CARGUIO Y TRANSPORTE:
En áreas de producción, el transporte del mineral consiste en transportar el mineral de los subniveles hacia los "ore pass". Estas operaciones favorecen el uso de los equipos LHD. Los subniveles son diseñados para el transporte a distancias que coincide n con los atributos de los equipo s; consiguién dose una buena eficiencia en el carguí o y transporte. En la figura 4.2 se observan los detalles de preparación, desarrollo y explotación del método por subniveles.
PLANIFICACION Y VENTILACION:
El "sublevel caving" es sistemático y utiliza un bu en trabajo de planeamiento para la ejecución de la operación. El desarrollo, producción y carguío son realizados en frentes dif erentes, cada uno de los cuales es una operación continua independiente de los otros: estando un frente siempre disponible para la operación. Estos son factores que obligan que el método sea mecanizado, y por lo mismo eficiente. Una planificación racional del hundimiento por subniveles depende del nivel de conocimiento de los parámetros especiales para éste método, y sobre todo para el flujo del mineral por gravedad. Probablemente la fragmentación del mineral juegue el papel más importante, ya que decide la fo rma del flu jo gravitatorio. Un punto crítico es la desviación de los taladros que debe ser controlada con precisión para obtener un grado de fragmentación adecuado. Para resolver los problemas difíciles del hundimiento por subniveles, en especial los problemas de dilución y pérdida del m ineral, se realizan estudios en laboratorio y pruebas "in-situ”. Se ha demostrado que el flujo gravitatorio de roca quebrada y de mineral es de forma elíptica, es decir que todas las rocas que forman la elipse convergen simultáneamente al punto de carg uí o. La ventilación en este método se constituye en un problema de difícil solución. La instalación de mangas de ventilación se hace imprescindible para cada subnivel.
SUBLEVEL CAVING EN LA MINA KIIRUNAVAARA LKAB INTRODUCCION:
En vista de que en el Perú no se utiliza a ctualmente este método de explotación, se presenta como ejemplo de un centro minero de Suecia. LKAB se formó al iniciar el siglo XX cuando los ferrocarriles entre los puertos y los yacimientos mineros se construyeron. Las minas están situadas al norte del Círculo Artico en Suecia. Kiirunavaara es la mina más grande, con una capacidad de producción aproximada de 30 millones de toneladas por año (Mt/a). Malmberget tiene una capacidad de cerca de 12 Mt/a. Ambas son minas subterráneas, siendo Svappavaara, la única mina a cielo abierto en operación, tiene una capacida d de cerca de 4,5 Mt/a. Los puertos de mineral están en Narvik para las minas de Kiruna y Svappavaara y en Lulea para la mina Malmbergest.
GEOLOGIA:
El cuerpo mineralizado de Kiirunavaara tiene 4000 m de largo y un ancho promedio de 90 m, con variaciones en la potencia desde unos metros hasta alrededor de 150 m. El mineral ha sido explorado en profundidad con perf oraciones hasta los 1000 m apro xima damente pero las medicio nes magnéticas indican una profundidad de por lo menos 1500 m. El cuerpo mineralizado del Kiirunavaara se orienta en una dirección norte al Nor-este con mineralización en los límites de la roca enca jonante. La mineralizaci ón en Kiirunavaara es principalmente magnetita de estructura fina con un contenido variable de apatito granulado. El apatito contenido en el m ineral disminuye con el incremento de la profundidad. Los otros minerales son minerales de apatito mezclados con hematita. Los minerales son de origen sedimentario, inclinados y tectónicamente deformados. Ellos tienen una inclinación lateral de 50° a 70°. Los contactos entre la roca de las cajas y el mineral son distintos y bruscos, pero las paredes de las cajas techo y piso de la veta se encuentran brechadas e impregnadas con magnetita. La caja piso del yacimiento mineral de Kiirunavaar a consiste en pórfidos de sienita con un contenido ba jo de cuarzo y una resistencia relativamente buena: la caja techo consiste en un pórfido de cuarzo. Ambos tipos son conocidos como pórfidos Kiruna. El mineral en los límites con la caja techo es frecuentemente rico en caolín. Hay unas venas de pórfido de sienita corriendo en el mineral, que presenta fallas importantes. Hay dos leyes de mineral severamente dif e renciadas en Kiirunavaara: el mineral de baja ley con menos de 0.1% de fósforo (cerca de un tercio) y mineral de alta ley con más de 0,5% de f ósforo. El contenido de hierro es 67% en el mineral bajo de fósforo y 60% en el mineral alto de fósforo. Estos tipos de mineral se venden en leyes dif erentes y también se guardan
separados durante el minado. MINADO EN KIIRUNAVAARA:
En las minas Kiirunavaa ra y Luossavaara primeramente se usaron métodos de minado a cielo abierto desde 1902. Cuando los costos de operación subieron debido a la remoción más alta del desmonte, los métodos subterráneos fueron los adecuados. A mediados de 1950, los m inerales todaví a seg uí an explo tándo se con método s superficiales, iniciá ndose al mismo tiempo la explotación subterránea con "shrinkage stoping". Se encontró, sin embargo, que estos minerales requieren de una extracció n, cap acidad y selectiv idad más alta, introduciéndose el método "subleve] ", Este m étodo era parejo, me jor favorecido desde el punto de vista de mecánica de rocas y ha permitido oportunidades mayores para la racionalización, mecanización y capacidad de producción; que han incrementado pro gresivamente. El "sublevel caving" es apropiado para yacimientos anchos de gran inclinación con parede s relativamente débiles. En Kiirunavaara, este método se ha usado para los niveles que se extienden d eba jo del fondo del "open pit" cerca de 500 m sobre el nivel del m ar, el mineral está siendo a ctualmente minado aproximadamente a 250 m debajo de este nivel.
El método también está siendo usado en Malmbe rger, donde el nivel de trabajo es aproximadamente 250 m debajo del nivel de la superficie del terreno.
Refinado y modificado el método "subleve) caving" probablemente se u sará a mayores profundidades de minado, pues es un método seguro y confiable. Dentro de las venta jas del "subleve) caving" es que favorece la extracción selectiva de mineral, permite una alta mecanización y su capacidad flexible hace que sea seguro comparado con métodos que usan los rebajes abiertos, y es relativamente simple para planificar y no se ve a f ectado particularmente por variaciones en el ancho y ley de mineral.
Las desventajas incluyen el hecho que requiere de inversiones relativamente altas y un trabajo de desarrollo relativamente extenso, y puede conducir a problemas de mecánica de rocas a grandes profu ndidades. MECANICA DE ROCAS DE KIIRUNAVAARA:
La mecánica de rocas es importante y determinante en la elección de los métodos de minado y en el diseño de galerías en minería, especialmente para profundidades mayores debido al aumento de la presión de la roca. ·Las modificaciones ya planificadas, como la mayor altura de tajada (distancia vertical entre subniveles) y el mayor espacio entre los cruceros, son en parte resultado de tales consideraciones. Las pruebas de resistencia, análisis de frecuencia de fractura de los testigos de taladros y los experimentos en modelos son usados en la mina para la predicción de las condiciones de la mecánica de rocas. La resistencia del macizo rocoso es relativamente buena con una resistencia a la tensión de 14 Mpa y una resistencia a la compresión de 230 Mpa. La relación tensión/ comprensión del mineral es 10/120 Mpa. Las condiciones de tensión en las cavernas rocosas están siendo estudiadas en modelos experimentales. Las condiciones de mecánica de roca son seguidas también por medio de medidas hechas en la superficie así como también por métodos sísmicos y otros métodos de medición. El nivel principal de transporte actualmente está siendo planificado a 1000 mt. probablemente será el último nivel principal explotado por "subleve) cavíng" debido a las condiciones de mecánica de rocas que incrementarán los costos, pudiendo otros métodos ser aplicados más económicamente. SISTEMA DE MINADO:
La porción subterránea de la mina Kiirunavaara tiene un sistema de comunicaciones que es remi niscenci a de la mina a tajo abierto. Desde la entrada p rincipal el tránsito de unidades móviles a los diversos niveles horizontales se realiza por medio de siete rampas princi pales. Hay un número de rampas adicionales, incluyendo rampas en espiral en el cuerpo mineralizado. Todas las áreas de trabajo en la mina pueden ser alcanzadas en vehículos livianos. Los niveles principales son 370, 509, y 740 rn. Les niveles principales de transporte están a 540 y 775 rn. En estos niveles, hay oficinas, comedores y capacitación. Estas instalaciones, así como también los piques para la roca y ventilaci ón, se construyen por adelanta do . La explotación puede dividirse en tres f ases: desarrollo . Perforación por cortes y carga del material explotado (figura 4.3). Normalmente, dos niveles son minados simultáneamente, mi entras que dos de los niveles están siendo pe rf orados) tres niveles en desarroll o. En desarrollo, los cortes de entrada se realizan desde la rampa al nivel de tajada, desde una galería de acceso a lo largo de la caja piso y cruceros en el área de mineral, una chimenea de ventilación se abre para abastecer a ire fresco al área de trabajo (figura 4.4). La pe rf oración de corte se inicia desde la caja techo tan pronto corno se termina la etapa de de sarrollo.
Corno se muestra en la figura 4.3, el material minado es extraído fuera de los cortes hacia f a galena de entrada y posteriormente transportado a las tolvas (figura4.5) Todo el material procedente de los diversos frentes de excavación se envía por medio de los "ore chutes" a los niveles principales de transporte. El nivel principal de transporte es totalmente co mputarizado, el mineral es transportado por tren a la chancadora donde es chancado a -100 mm . El mineral se levanta en skips hasta las plantas clasificadoras, de donde es transportado por tren al puerto para el embarque a los clientes
El sistema de ventila ción (cuadro Nº4. 1 ), con tinuamente esta siendo expandido
debido al constante incremento de maquinas diesel, esta constituido por un sistema básico de más de 50 ventiladores. Este sistema se extiende gradualm ente conform e el trabajo profundiza. La capacidad del flu jo total de aire está alrededor de 2 000 m1/seg con mas de 60 MW para calentar el aire. Además hay sistemas locales (cruceros de ventilación) a los niveles de traba jo.
PRINCIPIOS DE PLANIFICACION:
La planificación quinquenal de operaciones mineras se ef ectúa en base al mercado y al pronóstico de ventas, considerando el volumen planificado de inversión y la capacidad disponible para el p erí odo. El plan quinquenal incluye un plan de embarque, planificación de la producción, y planes de producción para las actividades mineras, trans porte, clasificación, y embarque del mineral. El plan de un año contiene los mismos datos que los planes quinque nales: el volumen y la ley por mes. Los planes quinquenales y los anuales son preparados con la ayuda de la computación y están basados en los últimos resultados de los ta ladros. El plan semanal, es un plan corriente que cubre todas las etapas de producción desde la extracción del mineral hasta el cliente. Los planes semanales son corridos en un sistema de cómputo y tornan en cuenta las desviaciones de leyes, disponibilidad mecánica de equipos y recursos de personal; así corno también el embarque del producto terminado y el nivel de inventarios. Para la coordinación y control operativo de la producción hay un centro de control del flujo de la inf ormación. Este centro puede dirigir todas las unidades de producción y corrige
las posibles perturbaciones que ocurren en la corriente del mineral desde el lugar de trabajo al
pue rto. La unidad de producción se organiza en t res secciones: trabajo, nivel principal de transpo rte, y sen icio mina. La sección de trabajo está compuesta por cuatro áreas con tres grupos de producción en cada área . Hay un grupo de producción para el desarrollo y dos perf orando los cortes y cargando el producto de la voladura. Cada grupo de producción contiene 40 a 50 hombres y entre sus responsabilidades están las de perf o rar, realizar la voladura, carguío de material volado y servicio. Los niveles principales de transporte incluyen operación en los niveles así corno también el mantenimiento de los sistemas y el equipo. Servicio mina incluye traba jos de ventilación, aire comprimido, electricidad, agua, sostenimiento de roca. OPERACIÓN PRÁCTICA:
Desarrollo Princi pal.- El "subleve] caving" requiere una cantidad relativamente extensa de construcciones iniciales. Las rampas, niveles principales, "ore chutes .. y las chimeneas se preparan en la caja piso del yacimiento. El nivel actual de transporte está a 540 rn e inici ó su operación en 1970, habiéndose iniciado la operación del próximo nivel principal a 775 rn en 1977. La planificación del futuro nivel principal a 1000 rn se comenzó en 1976 y las rampas actualmente están siendo conducidas hacia este nivel. Con la excepción de las chimeneas de ventilación que se realizan por "raise boring", el mismo tipo de equipo se usa en su mayor parte en el trabajo de construcción corno en la producción.
Perf oración.- La perf oración en el desarrollo se realiza con pe rf ora do ras Gardner Denver AD 1025 y "jurnbo " de perf o ración Atlas Copeo boomer 131 que tienen motores diese) para el transpo ne. Las jumbo" tienen tres brazos donde van montadas pe rf oradoras accionadas por aire y operadas por un hom bre. La tanda de voladura se perf ora con taladros en paralelo de 43 mm de diámetro y un arranque de 100 mm. El avance por tanda es 3 m y la producti vidad es aproximadamente cuatro tandas por dos tumos. "
La perf o ración de la tajada es realizada con una Atlas Copeo Boorner 323 equipada con tres brazos con perf oradoras de aire com primido. La ronda se pe rf ora en un silo, la pe rf oració n con plantillas desde el silo se introdu jo con el fin de me jora r la excavaci ón, pero se ha encontrado que la perf oración en abanico es más apropiada a mayores anchos de pilar. Cada fila contiene diez taladros de 5 lrnrn teniendo una longitud total de 90 a 100 rn pe rf orados. La productividad es 600 a 800 m perf orados por pe rf oradora por 2 tumos (figuras 4.6ay4.6b).
Vo ladura.- Se usa nitrato de amonio con diésel 2 (ANFO) y Kimit para la voladura . Ambos explosivo s se fabrican en Kiruna y son distribuidos a las estaciones subterráneas mediante camion es
cargadores. En los grupos de producción hay personal especializado en el manejo de los vehículos diese) para carguío neumático. Los taladros cargados se detonan eléctricamente después del fin del tumo de la tarde desde una estación central de disparo. Una ronda de
desarrollo contiene mas de 200 kg de explosivo y una ronda de explotación mas de 150 kg de explosivo. Cerca de 30 kg de kirnit se usan en cada ronda en desa rrollo y en la voladura de producción un iniciado r Carguío y transport e.- Al comienzo del minado subterráneo la carga era ef ectuada por cargadores neumáticos. Estos fueron reemplazados por cargadores eléctricos Joy. Posteriormente se introdu jeron cargadores frontales y camiones diese ! en la década del 60. El equipo corriente de transporte consiste de Cats 980 Bs y Wagn er ST-8S así corno también
camiones Kiruna. Los camiones Kiruna se usan para las distancias largas de transporte, la productividad de las unidades de carga es 1 200 a 1 500 t/twno. La carga del material de minado se realiza aproximadamente con un radio de mineral y desmonte de 50%.
Niveles de transport e.- La capacidad de produ cción requerida es aproximadamente de 100 000 t/día de roca. A fin de lograr esta capacidad, se ha elegido para los niveles principales un sistema de transporte por f errocarri l. El nivel 540, que es ahora el nivel principal de transporte tiene una capacidad de 25 millones de toneladas por año. La roca es transportada por 13 a 15 trenes, a razón de 360 t por viaje, desde alguna de las 90 tolvas de mineral divididas en 15 grupos de siete estaciones localizadas centralmente. Los trenes son controlados y man e jados por com putadora. Los trenes pueden cargarse remotamente si se desea . Para propósitos de control de leyes, las tolvas de mineral se clasifican según la ley y el contenido de fósforo. Los análisis químicos se ef ectúan en los laboratorios de campo. El sistema de transporte se observa en la figura 4. 7. Pruebas de leyes. - La ley de mineral es controlada centralmente mediante el sistema de producción. La prueba de leyes de la pe rf oració n, con taladros espaciados a interv alos de 25 rn se ef ectúa con anterioridad a la extracción a fin de tener una base para la planifica ción. Durante las operaciones de extracción se ef ectú an pruebas de leyes en los niveles de trabajo para que las leyes del mineral en las tolvas de mineral puedan mantenerse en el nivel deseado. Sobre el nivel principal de transporte los trenes se verifican para asegurar que ellos se diri jan a las chancadoras. ASPECTOS ECONOMICOS:
Como se mencionó anteriormente, el método de "subleve! caving" permite una gran flexibilidad y una alta capacidad de extracción que puede ser incrementada con el uso del personal y maquinaria adicional, obteniendo la capacidad suficiente para cada etapa subsiguiente del flujo de mineral. Para eliminar los embotellamientos en el flu jo de núneral se ha invertido en maquinaria con un me jor desempeño, la productividad de LKAB gradualmente ha aumentado durante las dos décadas pasa das. La influencia de los costos de invers ión por lo tanto también ha aumentado durante el mismo pe riod o.
DESARROLLO A FURUTO:
LKAB ha experimentado con modificaciones y mejoramientos del método "sublevel Caving" durante varios años. Los métodos que se han probado incl uyen "Long Wall". "sublev e) caving" y "high subleve! caving". Posteriormente se ha probado el "sublevel Shrinkage caving", El "Long Wall subleve ! caving" se destinó para facilitar y mejorar la ventilación, reducir los trabajos de desarrollo, mejorar el carguío y la mecánica de rocas. Pero, el método no presentó ningún interés práctico. El método "high subleve! caving" se destinó para facilitar la ventilación, dar una amplia cara para el carguío del producto de la voladura y reducir los trabajos de desarrollo. Sin embargo, el método dio origen a problemas de mecánica de rocas debido al gran ancho de cara. Estos métodos se han probado en f orma de ensayos piloto para evaluar su posibilidad de aplicación práctica. Pero los resultados obtenidos no fueron significativamente mejores que los del presente método por "subleve! Caving" en Kiirunavaara. Se está probando y desarrollando la próxima generación de máquinas actualmente en marcha para el acarreo en el próximo nivel principal a 1000 m, así como para la perf oración y carguío. La próxima generación de perf oradoras está siendo probada electrohidráulicamente. Se está incrementando la capacidad de los cargadores diesel como la de los cargadores eléctricos. El trabajo de desarrollo de productos, primeramente sobre los productos "pellet" también está siendo investigado en LKAB.
