“CAMARAS Y PILARES”
Los métodos de explotación han sido uno de los procesos que la minería ha requerido siempre, para la extracción de minerales y estos métodos han sido la base para que siga la continuación y duración de la vida de la mina.
El método de cámaras y pilares mecanizados es un método también conocido con el término “room and pillar” en donde la mayor parte del mineral es excavado del yacimiento minable, dejando parte del mineral como pilares o columnas que servirán para sostener el techo.
El mineral debe extraerse en la mayor cantidad posible, ajustándose las dimensiones de las cámaras y pilares a las propiedades de la presión y resistencia
GENERAL Desarrollar el método de explotación por cámaras y pilares
ESPECÍFICOS: Tener el conocimiento de aplicación, condiciones que la mina necesita para poder aplicar este método de explotación (cámaras y pilares). . Conocer el desarrollo y realización del método en mención.
Conocer las ventajas y desventajas, que este método puede tener al ser utilizado como método de explotación principal
CAMARAS Y PILARES
Consiste en lo esencial en excavar lo mas posible . el cuerpo mineralizado dejando pilares que permiten sostener el techo de material estéril.
Las dimensiones de los caserones y de los pilares depende de la mayor o menor competencia de la roca sobrepuesta (estabilidad del techo) y también de la roca mineralizada (estabilidad de los pilares), como asimismo del espesor del manto y de las presiones existentes).
Por lo general los pilares se distribuyen en una disposición o arreglo lo mas regular posible, y puede tener una sección circular, cuadrada, o rectangular semejando un muro. Los caserones abiertos tienen forma rectangular o cuadrada.
Es un método donde el minado avanza en superficie horizontal o sobre una pequeña gradiente. •.
Se abren múltiples tajeos o cámaras, dejando zonas intactas para que actúen como pilares para sostener la carga vertical
Pilares actúan como soporte del techo, con el fin de mantener la estabilidad. Se diseñan los pilares y los caserones con el fin de maximizar la recuperación del mineral.
La recuperación de los pilares se puede realizar de varias maneras:
Recuperación con hundimiento controlado del techo. Recuperación de Pilares en forma alternada. Recuperación parcial de pilares.
En algunos casos, no se planea con mucha precisión la ubicación de los pilares,
pero
simplemente
el por
operador la
de
mina
experiencia
va
dejando los pilares donde sea necesario, y los ubica en zonas de menor valor de mineral o zona esteril.
CAMARAS Y PILARES
Este método de explotación es aplicado ampliamente y en los últimos años se ha desarrollado bastante, debido a su bajo costo de explotación y a la vez que permite hasta cierto punto una explotación moderadamente selectiva..
Los yacimientos que mejor se presentan para una explotación por Room and Pillar, son aquellos que presentan un ángulo de manteo bajo, aunque también es aplicable en yacimientos de manteo entre 30° y 40°, es decir, en yacimientos de manteo crítico, donde el mineral no puede escurrir por gravedad.
CAMARAS Y PILARES
CONSIDERACIONES PARA SU APLICACIÓN
a)
b)
c)
Este método de explotación es aplicado ampliamente y en los últimos años se ha desarrollado bastante, debido a su bajo costo de explotación y a la vez que permite hasta cierto punto una explotación moderadamente selectiva. En cuerpos con buzamiento horizontal, normalmente no debe exceder de 30°. El mineral y la roca encajonante deben ser relativamente competente.
En cuanto a la potencia del yacimiento, el método ha sido aplicado con éxito en yacimientos de hasta 40 – 60 mts. Los casos habituales de aplicación son para yacimientos de baja potencia destacándose espesores de 2 a 20 metros.
Este método es de aplicación universal en yacimientos tabulares sedimentarios, como pizarras cupríferas, yacimientos de hierro, carbón, potasio, y otros. En el Perú se usa en pocas minas, por el cambio brusco del rumbo y buzamiento de las estructuras mineralizadas.
RAMPA PRINCIPAL
Consisten en la ejecución de pozos de izaje chimeneas de ventilación y de servicios galerías de acceso y vías para el transporte del mineral, echaderos de mineral, botaderos. Es muy común preparar el sector mediante un sistema de galerías paralelas es decir de galería en sección transversal de modo de que por una penetra la corriente de ventilación y por la otra sale
VENTILACION
POZO DE PRODUCCIÓN
PRODUCCION
La producción de mineral en cámaras y pilares aplica las mismas técnicas de perforación y voladuras que en la explotación normal por galerías, donde las dimensiones de las galerías son iguales al ancho y altura de la excavación. Donde las condiciones geológicas son favorables, las excavaciones pueden ser grandes utilizando brocas de perforación de frente de gran tamaño para la minería mecanizada y productiva.
CAMARAS Y PILARES
TRADICIONAL
VARIANTES CÁMARAS Y PILARES
ESCALERA
INCLINADO
Se aplican a los depósitos planos estratificados, con espesores desde moderados hasta de gran espesor y también a yacimientos inclinados con grandes espesores. La explotación del depósito de mineral crea grandes bancos abiertos por donde las máquinas sobre neumáticos pueden desplazarse sobre el fondo plano. Los yacimientos de mineral de gran altura vertical se explotan en trozos horizontales, comenzando arriba, y por blancos hacia abajo en etapas.
LAS CÁMARAS Y PILARES “INCLINADO": Se aplican a yacimientos inclinados con un ángulo de inclinación de 20 a 25 grados, de altura vertical superior, donde el espacio explotado se rellena. El relleno mantiene a los pilares estables y sirve como plataforma de trabajo mientras se explota el siguiente tajada. La minería post cámara y pilares es un método híbrido entre cámaras y pilares con corte y relleno.
CÁMARAS Y PILARES “EN ESCALERA“. Las cámaras y pilares por etapas es una variación que adapta la pared inclinada del yacimiento para un uso más eficiente del equipo con neumáticos. Aunque las aplicaciones no pueden generalizarse totalmente, la minería de cámaras por etapas se aplica a depósitos tabulares con espesores de 2,0 a 0,5 m e inclinaciones desde 15 hasta 30 grados.
CAMARAS Y PILARES
DISEÑO DE PILARES 0 El objetivo es
maximizar la recuperación de la unidad básica de explotación a través de un diseño seguro y viable 0 El diseño de pilares debe obedecer a un análisis de las cargas o solicitaciones y la resistencia del macizo rocoso.
Diseño roca p Sp
p
roca p Sp
Campo de esfuerzos presente en el macizo rocoso Campo de esfuerzos actuando sobre el pilar Resistencia del pilar
El Factor De Seguridad En El Diseño. roca
p
fs Sp
p
roca p Sp
Factor de Seguridad del Diseño
Campo de esfuerzos presente en el macizo rocoso Campo de esfuerzos actuando sobre el pilar
Resistencia del pilar
Sp
p
• Factor mayor a 1
CAMARAS Y PILARES
CARGA SOBRE EL PILAR Se produce re distribución de esfuerzos al realizar minería de la cámara de producción Los esfuerzos tienden a ser mayores en las esquinas produciendo fallas por exceso de cizalle
CARGA VERTICAL SOBRE EL PILAR 0 Carga litoestatica z gz
MPa
0 Estimación del esfuerzo
inducido
1 p z 1 R
z R
Carga litoestatica (MPa)
Am Área Extraída At Área Total
Recuperación Minera
RESISTENCIA DE PILARES:
W0 : ANCHO DE LA CAMARA WP : ANCHO DEL PILAR Z : ALTURA DE LA SOBRECARGA V : CAMPO DE ESFUERZOS ACTUANDO SOBRE EL PILAR. C : RESISTENCIA DEL PILAR.
RESISTENCIA DE PILARES:
RESISTENCIA DE PILARES:
Resistencia de Pilares Mineros 0 Hardy and Agapito (1977) S p Vs S s V p
0.118
Wp H s H p Ws
0.833
Sp S, especimen P, Pilar
0 Obert and Duvall (1967) H
W S p Ss a b H 0 Salamon and Munro (1967),
Holland (1964)
Wa S p S s H
W
Ss
Resistencia del macizo rocoso MPa
Constantes Utilizadas Para El Diseño de Pilares
Resistencia de Macizo Rocoso 0 Criterio de Hoek and
Brown (1980, 1995)
ci mb s ci ' 1
' 3
' 3
a
ci Resistencia a la compresión no confinada roca intacta GSI 100 mb mi 28
GSI >=25 GSI 100 s 9 a 0.5
GSI <25 s0 a 0.65
GSI 200
Constante mi para Distintos Tipos de Roca Intacta
En la perforación se emplean perfor adoras livianas tipo jack - leg. La longitud de barrenos es de 5 pie s y 39 mm. de diámetro de broca. En la voladura, se emplean dinamitas pulverulentas y semigelatinas, dependiendo de la calidad del mineral, empleándose en muchos casos espaciadores de agua en los taladros de corona.
UBICACIÓN DE LA CAMARAS En la mayoría de los casos, las cámaras se sitúan perpendicularmente a las galerías principales, pero con frecuencia se trazan de tal forma que su pendiente sea favorable para su transporte de los vagones, o con otros equipos adecuados como el empleo de camiones y volquetes en las minas sin rieles.
ACCESOS: Acceso principal a través de túneles. Transporte de mineral a través de Pique y/o Rampa. Pique debe estar cercano al centro de gravedad del cuerpo mineralizado y se debe profundizar hasta un nivel donde se puedan instalar buzones y estaciones de chancado. Rampa tiene pendiente máxima de 8% si se utilizan cargadores frontales o camiones, pero si se instalan correas se puede llegar hasta 15%.
VENTILACIÓN:
Compleja debido al tamaño de los caserones.
El flujo de aire se regula a través de puertas de madera o metálicas.
El flujo promedio debe ser del orden de 30-40 m/min y en las frentes de 120-140 m/min
•
Transporte de mineral a través de Pique y/o Rampa.
•
Existen distintos equipos para operar en minas cámaras y pilares y en diferentes combinaciones.
EQUIPOS: LHD
SCRAPERS
CARGADOR FRONTAL
CAMIONES BAJO PERFIL
FAJA TRANSPORTADORA
CARROS TIPO GRAMBY
Los niveles principales de extracción fueron el 120 y 200, durante la mayor parte de la vida de la mina. El trasporte en los niveles se realiza mediante carros mineros granby, cable y balancin de capacidad practica de 1, 7, 2, 2,1 respectivamente, accionados por locomotoras eléctricas y a baterías acarreando el material hasta los echaderos. El acarreo se realiza utilizando rastrillos accionados por winches eléctricos y neumáticos de dos tambores, hasta las tolvas de echaderos
La disposición de los pilares necesita una buena planificación pudiendo ser de forma circular, rectangular, cuadrado, irregular o corrido
Pilares rectangulares
En la explotación de yacimientos minerales, es económicamente deseable obtener una máxima extracción del mineral, manteniendo, por supuesto un margen de seguridad de la estructura subterránea. En un sistema de cámaras y pilares el campo de esfuerzo se transfiere a las paredes y pilares de la roca no excavada. Existen diferentes sistemas de cámaras y pilares, donde los pilares pueden denominarse como: * Pilares longitudinales ( pilar rib). * Pilares rectangulares. * Pilares cuadrados. * Pilares de forma irregular e irregularmente espaciados.
Método de cámaras y pilares (room and pillar). En este caso los pilares siguen un espaciado regular
Este tipo de pilares se caracteriza porque su dimensión longitudinal es mucho mayor que sus otras dimensiones y debido a esto la distribución de los esfuerzos puede considerarse como problema bidimensional la concentración de esfuerzos (σcSv) en los pilares longitudinales puede determinarse por la siguiente formula experimental:
Donde: C = concentración de esfuerzo máximo alrededor de una sola excavación sometida a un campo esfuerzo axial. W0= ancho de la excavación. Wp= ancho del pilar. σcSv= concentración de esfuerzo critico.
(σcSv)= C+0.09 [Wo Wp+1-1] 2
La concentración de esfuerzo promedio para pilares longitudinales se obtiene, asumiendo que cada pilar ante excavaciones soporta uniformemente el peso de la roca suprayacente más la mitad del peso de la roca encima de la excavación.
SpSv=Wo Wp+1
Donde: Sp= esfuerzo promedio sobre el pilar. Sv= esfuerzo vertical aplicado. Wo= ancho de la excavación. Wp= ancho del pilar.
Diseño
de pilares tridimensionales. La distribución de los esfuerzos sobre un pilar tridimensional, depende del esfuerzo vertical aplicado (antes de la excavación) y de la relación de extracción. El esfuerzo promedio aplicado sobre el pilar se expresa a través de las siguientes ecuaciones.
Donde: Sp= esfuerzo promedio sobre el pilar. Sv= esfuerzo vertical aplicado. At= Am+Ap Am= Área minada. Ap= área del pilar. R= relación de extracción. R= At-ApAt=AmAm+Ap
Sp= SvAtAp ; Sp= Sv11-R
El factor económico más importante en este método es el tamaño de los pilares y la distancia entre ellos, este factor depende de: Estabilidad de la caja techo. Estabilidad del mineral Potencia del yacimiento Presión de la roca suprayacente
Discontinuidades geológicas como fallas, pliegues, etc. Forma y tamaño del pilar.
DETERMINACIÓN DE COSTOS DEL MÉTODO DE CÁMARAS Y PILARES
En el estudio realizado por el instituto geológico minero y metalúrgico en los años 1983 a 1989 se resumen los parámetros de explotación de la mina Condestable para el método de cámaras y pilares. Productividad en el tajeo: 7,1 t/h-g Consumo de explosivo: 0,29 t/h-g Metros de taladros perforados labores preparatorias:1,22
m/t Producción de labores: 8% Dilución: 5%-10% Recuperación de las reservas geológicas: 75% Restablecimiento del equilibrio del macizo rocoso: vacío abandonado Mineral roto por disparo: 110 t Sostenimiento temporal: no es necesario
ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL MINADO POR EL METODO DE CAMARAS Y PILARES
Para el caso de los pilares utilizados en el método de minado por cámaras y pilares, podemos ilustrar mejor la influencia del esquema y la secuencia de avance del minado en la estabilidad de los mismos. Consideremos, a manera de ejemplo, un cuerpo mineralizado en dónde se presenta una masa rocosa fracturada con tres sistemas típicos de discontinuidades, dos de ellos de rumbos más o menos paralelos y buzamientos opuestos, el tercero con rumbo más o menos perpendicular a los anteriores y cualquier buzamiento. Si se decidiera hacer pilares cuadrados o rectangulares con relación W/H = ½ y un esquema como
La solución sería hacer pilares rectangulares, alineando el lado mayor perpendicular a los dos primeros sistemas de discontinuidades. En este caso, el ancho de los pilares no tendría intersecciones de discontinuidades de pared a pared y, por lo tanto, serían mucho más resistentes y estables, aunque las cuñas rocosas en la pared de los pilares podrían moverse, esto no afectaría significativamente la estabilidad de los mismos.
Por otro lado, la presencia de fallas geológicas o zonas de corte pueden influir significativamente en la adopción del esquema de minado por cámaras y pilares, y por lo tanto en las condiciones de estabilidad de las mismas. Los sistemas de minado deberían integrar las fallas o zonas de corte a los pilares para mantener los techos de los tajeos en roca competente. Esta será una razón por la que algunas veces el esquema de los pilares no será uniforme, variando sus anchos de acuerdo a la presencia o ausencia de fallas o zonas de corte .
La intersección de los pilares por fallas geológicas o zonas de corte es otro aspecto a considerar. Como ejemplo ilustrativo se presentan los dibujos (A), (B) y (C), de tres casos de intersecciones en pilares largos o de costilla:
aspecto importante a considerar en el caso de vetas o cuerpos mineralizados inclinados, es la forma y orientación de pilares.
Los pilares de rumbo, en particular los pilares largos, son inherentemente inestables y deben ser evitados, ellos sufren una falla progresiva rápida, aún cuando están esforzados con pernos de roca cementados o cables. Una forma de estabilizar los pilares de rumbo, es agrandando su ancho o inclinando las paredes.
También es muy importante para la estabilidad de los pilares y de las cámaras, que los pilares tengan una adecuada cimentación, es decir, el pilar debe estar apoyado en la masa rocosa in-situ. Para mantener adecuadas condiciones de cimentación, el pilar debe tener continuidad vertical a medida que vayan avanzando los cortes ascendentes de mineral, de lo contrario, si el pilar no tuviera una buena base o cimentación, habría problemas de inestabilidad tanto del pilar como de las cámaras, creando situaciones de peligro durante el minado
Los diferentes principios señalados también son aplicables a los pilares de corona, utilizados mayormente en el método de corte y relleno, en los cuales es importante la altura de los mismos para tener condiciones adecuadas de estabilidad. Si los pilares no están adecuadamente dimensionados habrá peligro de caída de rocas
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO
VENTAJAS DEL MÉTODO
El método hasta cierto punto es selectivo, es decir zonas más pobres pueden no explotarse sin afectar mayormente la aplicabilidad del método.
En yacimientos importantes puede llegarse a una mecanización bien completa lo que reduce ampliamente los costos de explotación
Mantos Mineralizados
VENTAJAS DEL MÉTODO En yacimientos que afloran a la superficie puede hacerse todo el desarrollo y preparación por mineral, o en caso contrario los desarrollos por estéril pueden ser muy insignificantes. Permite la explotación sin problemas, de cuerpos mineralizados ubicados paralelamente y separados por zonas de estériles. La recuperación del yacimiento aun no siendo del 100 % puede llegarse a recuperaciones satisfactorias del orden del 80 a 90 %.
DESVENTAJAS DEL MÉTODO Si el yacimiento presenta una mineralización muy irregular, tanto en corrida como en potencia podría llegar a afectar la explotación, limitando mucho la planificación del método, como así mismo la perforación y provocar problemas de carguío sobre todo para posibles mecanizaciones.
Problema de manteo del yacimiento, cuando el manteo está muy cerca del manteo crítico (45°), se producen problemas para el movimiento del mineral en los caserones y aún este problema es más grave, si se trata de mantos angostos. En el caso de mantos potentes hay problemas en la mecanización de la perforación lo que se traduce en dificultades de movilidad al usar el equipo pesado de perforación.
DESVENTAJAS DEL MÉTODO Dilución de la ley: es un problema que es muy importante y que en casos de techos débiles puede ser causa que llegue a limitar la aplicación del método
Necesidad de ventilación secundaria.
Importantes daños a los hastiales, existiendo riesgos de hundimiento.
ANEXOS
Estudio de diseño geomecánico de Cámaras y Pilares en Cerro de Pasco
Cámaras y pilares con relleno en san vicente
CONCLUSIONES
GRACIAS POR SU ATENCIÓN !!!
