UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD GEOLOGICA METALURGICA MINERA Y GEOGRAFICA EAP ING DE MINAS
RELLENO HIDRÁULICO Minería Subterránea Alumna Profesor Curso Ciclo
2010 –1
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: Salazar Valencia, Fiorella Lázaro Escalante, Mabel : Ing. Estanislao De La Cruz Carrasco : Minado subterráneo : V
DEDICATORIA
A los estudiantes de Ingeniería de minas de la Universidad Nacional Mayor De San Marcos y al Ing. Estanislao De La Cruz Carrasco por
sus
enseñanzas
en
la
asignatura de minado subterráneo
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ÍNDICE
DEDICATORIA ............................................................................................. 2 INDICE ......................................................................................................... 3 INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 4 RESUMEN .................................................................................................... 5 OBJETIVO .................................................................................................... 9 RELLENO HIDRÁULICO ............................................................................ 10 I)
Sinonimia ........................................................................................ 10
II)
Descripción ...................................................................................... 10
III)
Porque relleno hidráulico .................................................................. 11
IV)
Aplicabilidad en métodos de explotación ......................................... 17
V)
Requisitos para el relleno hidráulico................................................. 18 1. Requisitos de cantidad ......................................................... 20 2. Requisitos de calidad ........................................................... 25 a) Corto plazo ................................................................. 25 b) Largo plazo ................................................................. 30
VI)
Selección de maquinaria del relleno hidráulico ................................ 32 Selección de hidrociclones .................................................... 32 Selección de tuberías ............................................................ 36 Selección de bombas ............................................................ 39 Drenaje de la percolación ...................................................... 43
VII)
Proceso de preparación de relleno hidráulico .................................. 45 Esquema del circuito de relleno hidráulico(flowsheet) ........... 48
VIII) Preparación para el relleno dentro del tajeo ..................................... 49 IX)
Rellenado tajeo ................................................................................ 50
X)
Problemas en el proceso de rellenado .................................. 51
Ventajas y desventajas .................................................................... 54
CONCLUSIONES ...................................................................................... 56 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 57
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INTRODUCCIÓN
El tema de RELLENO HIDRAULICO se sustenta en la posibilidad de disminuir los problemas de inestabilidad del macizo rocoso y con ello minimizar los riesgos de caída de rocas, estallido de rocas, así como los altos costos de producción generados por los problemas en el sostenimiento de las labores mineras. Con esta finalidad, se aplicarán los conocimientos de la mecánica de fluidos sobre transporte de fluidos con sólidos en suspensión; y lograr de esta manera saturar con relleno hidráulico todos los espacios vacíos generados por la explotación de mineral en la veta Jimena. Con esto gran parte del desmonte producto de las labores de avance retornaría como relleno a interior mina, Disminuyendo el impacto ambiental generado por los grandes volúmenes que ocupan las desmonteras en superficie. Del mismo modo disminuiría el consumo de madera en el sostenimiento, contribuyendo del mismo modo con la conservación de bosques los cuales cada vez son más escasos.
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RESUMEN
En la mediana minería, el relleno convencionalmente usado es el relleno de grava seca. Este relleno presenta muchos inconvenientes pues para su obtención y manipuleo se emplean recursos a expensas de la producción y contribuyan a elaborar los costos. El relleno hidráulico se presenta como una solución atractiva para muchas apariciones mineras.
La cantidad de relleno hidráulico que se requiere para una operación dada es función de los siguientes factores:
1. Producción de mineral 2. Densidad del mineral 3. Densidad del relleno 4. Tiempo de operación des sistema de relleno hidráulico 5. Eficiencia del sistema de relleno hidráulico
Las propiedades estructurales que el relleno debe de tener son tan importantes como el tiempo en que se desarrollan. El relleno debe de desarrollar propiedades estructurales a corto plazo, este es, mientras dura el ciclo de minado. Estas propiedades son:
1. Resistencia al hundimiento.- La superficie superior del relleno debe resistir las presiones que se le aplican, como son la pisada del hombre, la pata neumática de una perforadora, la llanta de un autocargardor, etc. Cuanto más pronto desarrolle esta resistencia, menor será el ciclo de minado
2. Estabilidad del Techo en Tajeos Invertidos.- En el método de explotación de corto y relleno invertido (llamado undurout and fill en Norteamérica) el relleno es el techo del tajeo. Es requisito primordial para emplear este método, al conocer la carga que ejercerá la masa de relleno, para saber
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si será auto sostenida o en contrario para diseñar las columnas de sostenimiento.
3. Existen métodos indirectos para inferir las propiedades estructurales de un relleno hidráulico, los más usados son:
a. El Coeficiente de Permeabilidad, que da una medida indirecta para averiguar cuan rápidamente el relleno hidráulico pasará del estado de pulpa al de un cuerpo granular firme.
b. El Coeficiente de Uniformidad, que da una medida de la gradación de las partículas del relleno.
c. El Thixotropismo es una propiedad de ciertas sustancias por la cual se comportan como sólidos cuando en reposo y como líquidos cuando expuestos a un impacto o vibración.
El relleno también debe de desarrollar propiedades que serán de utilidad a largo plazo. Estas propiedades son:
1. Densidad Relativa.- Es una medida del grado de compactación que adquiere un relleno. Cuando mayor sea su densidad relativa, menos comprimible será y mayor resistencia ofrecerá el desplazamiento de las cajas, lo que redundará en una mayor estabilidad del área de minado.
2. Reducción de Volumen: Cuando el relleno contiene alta proporción de arcillas, tiende a reducir su volumen al perder agua. Este afecto es dañino pues permite el desplazamiento de las cajas y altera la estabilidad de las labores vecinas.
3. Estabilidad de Tajeos Continuos: Cuando se explotan cuerpos minerales (bálsano) tres dimensiones son de las mismas magnitudes, se tendrán tajeos que colinden lateralmente. Es requisito primordial en estos casos
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que la pared de relleno del tajeo anterior no se derrumbe dentro del nuevo tajeo abierto.
El empleo de relleno hidráulico puede provocar consecuencias secundarias que si no se evalúan de antemano pueden causar molestias y en casos extremos hacer prohibitivo el empleo de relleno hidráulico. Algunas de estas consecuencias son:
1. Contaminación Química: Cuando el relleno hidráulico contiene sulfuros metálicos, en particular la pirrotita, la oxidación de éstos produce anhídrido sulfuroso. Si no existe una ventilación proporcionada, la concentración del gas puede tornarse peligroso.
2. Contaminación Térmica: La oxidación de ciertos componentes del relleno hidráulico es una reacción exotérmica. Si no existe una ventilación proporcionada el aumento de temperatura en un tajeo puede ser prohibitivo.
3. El agua que se elimina al depositar el relleno hidráulico en un tajeo puede causar molestias en su disposición y pueda acarrear finos que eventualmente se depositarán en lugares indeseables.
4. Con pruebas relativamente simples de realizar y con equipo y personal que normalmente son accesibles a la mediana minería, se puede determinar la magnitud de ciertos parámetros del relleno hidráulico, con los cuales se pueden conocer la calidad de un relleno hidráulico y su comportamiento cuando está depositado en un tajeo. Los parámetros del relleno que pueden proporcionar esta información son:
Densidad Razón de poros Angulo de fricción interno Cohesión 7
Coeficiente de Presión Lateral Coeficiente de Permeabilidad Coeficiente de Uniformidad Producción de Anhídrido Sulfuroso
Cuando un material que se desea emplear como relleno hidráulico, no satisface los requisitos de calidad para un uso dado, éstos se pueden modificar. Las maneras más usuales de modificar las propiedades estructurales de un relleno hidráulico son:
1. Variando la Granulometría, esto es, eliminando cierto tamaño de partículas (generalmente las más finas), o agregando otros tamaños de partículas (generalmente gruesas)
2. Adicionando componentes cuya función principal es aumentar la adherencia interparticular.
3. Adicionando componentes cuya función es catalizar reacciones entre las sustancias que forman el relleno y el agua o aire, de manera que se generen subproductos que mejoran las propiedades del relleno.
4. Eliminando componentes dañinos tales como las arcillas.
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OBJETIVO
En un estudio de factibilidad para la instalación de un sistema de relleno hidráulico, una de las primeras consideraciones o tomar en cuenta, es especificar las funciones que el relleno debe de cumplir, y seguidamente, determinar si el material potencialmente utilizable como relleno puede cumplir las funciones especificadas. El propósito del presente estudio es presentar una interpretación científica para especificar las funciones que el relleno debe de cumplir y la metodología experimental para evaluar cuantitativamente a un relleno hidráulico.
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RELLENO HIDRAULICO
I)
SINONIMIA
Otras denominaciones de relleno hidráulico son las siguientes:
II)
Español
Relleno hidráulico
Francés
Remblai hidraulique
Ingles
Backfill hidraulic
Portugués
Hidráulica preencher
Italiano
Idraulica di riempimento
DESCRIPCIÓN
Se define como relleno hidráulico al material que es transportado en forma de pulpa por tuberías. En su mayoría el material es el relave de planta concentradora, pero también se utiliza arenas glaciares y otros materiales granulares que se encuentra en la naturaleza.
El relleno hidráulico tiene las siguientes aplicaciones: Proveer una plataforma de trabajo. Evitar el movimiento y caída de las rocas. Facilitar la recuperación de pilares. Evitar o minimizar la subsidencia. Estabilizar el macizo rocoso en las minas, reduciendo la posibilidad de estallidos de roca. Minimizar la deposición de relaves o material rocoso en superficie ayudado al control ambiental Controlar y prevenir incendios en las minas.
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III)
POR QUE RELLENO HIDRÁULICO
El relleno en la minería subterránea debe cumplir dos propósitos básicos: a) evitar el movimiento y caída de la vaca y b) proveer una plataforma de trabajo (en algunos métodos sirve de techo), mientras mejor cumpla estos propósitos mejor será el relleno.
Convencionalmente el relleno empleado es obtenido de dos fuentes principales: a) desarrollar en vaca estéril y
b) depósitos naturales de grave en
superficie; generalmente este último cubre más del 80% del relleno total empleado. Tanto para el relleno de desarrollo como para el relleno de grave se emplean las monedas convencionales de transporte subterráneo para trasladarlo del lugar de origen a su destino. En minas profundas y con gran extensión horizontal, estos métodos son costosos pues involucran el empleo de mano de obra, maquinaria, energía y estructuras con el sólo propósito de trasladar el relleno de origen o destino.
Una vez introducido el relleno en el tajeo, el trabajo requerido para esparcirlo y distribuirlo uniformemente es grande, llegando muchas veces a ocupar hasta el 29% del tiempo del personal del tajeo. En la mayoría de los métodos de explotación el avance del tajeo es ascendente, significando que el mineral roto cae sobre el piso de relleno. Durante la extracción, sea este hecho con métodos manuales, rastrillos o autocargadores, inevitablemente algo del relleno se mezcla con el mineral o algo de mineral se queda en el relleno, generalmente ambos casos, diluyéndose el mineral en un caso y perdiendo volumen en el otro. Se puede subsanar esta situación entablando el piso, pero es conocido que esta técnica adecuada es costoso, rara vez cumple su función pues es muy difícil manejar un rastrillo o un autocargador sin remover las tablas de su lugar.
Es sumamente difícil y muchas veces imposible compactar el relleno de grava en todos los rincones y rendijas de ese tajeo. El relleno así puesto, falta en
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cumplir plenamente el primer requisito de todo relleno de mina; evitar el movimiento de roca en una medida lo más cercana posible a la medida en que la evitaba el mineral in situ. Como se sabe, los movimientos de la roca, además de atentar contra la seguridad humana, son los responsables de los altos castos de mantenimiento de galerías, chimeneas y del tajeo mismo.
Cabe saber que aún cuando se pudiera compactar el relleno en todos los rincones, la granulometría y la forma de deposición de los rellenos de grava son tales que la parcialidad es muy alta, siendo frecuentes porosidades de 65% (65% del volumen del relleno en año y/o agua). Este material altamente esponjoso ofrece muy poca resistencia a la presión que presentan las cajas, por tanto se comprime y permite el movimiento de la roca.
Cuando se termina de rellenar un tajeo de cuadros, el agua de percolación y la vibración de los disparos provocan el crecimiento y compactación de un relleno de grava. Al mantenerse, el relleno desarma los cuadros que había mantenido presión contra las cajas, permitiendo el desplazamiento de éstas.
En algunas mineras, la obtención del relleno de grava demanda el uso de explosivos para reducir algunas rocas de tamaño excesivo. También en otros como se requiere acarreo de superficie con camiones y el empleo de cargadores frontales, todo ello aumentaría el costo del relleno. En resumen se puede decir que en muchas minas el relleno con grava es considerado como un mal necesario que cumple pobremente su función.
Una solución atractiva a este problema es el relleno hidráulico. El relleno hidráulico tradicionalmente se ha identificado con la introducción a la mina de las relaves de la planta de concentración. Si bien este es el caso más común, no es el único, pues en algunas minas el material del relleno hidráulico no es releve sino arenas glaciares u otros materiales granulados existentes en la naturaleza. Lo que le da el nombre de hidráulico al relleno es la manera de transportarle en forma de pulpa por medio de tuberías.
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El relleno hidráulico ofrece muchas ventajas sobre el relleno de grava seca. Los más exaltantes se enumeran a continuación:
1. Si el material empleado
es relave de una planta concentradora, la
obtención del relleno es gratuita pues los costos de reducción de tamaño obviamente son llevados por la planta.
2. El transporte hidráulico en tuberías es mucho más eficiente, económico y veloz, que el transporte a través de echaderos y con carros mineros. La energía potencial (diferencia de elevación entre entrada y descarga) se convierte en energía cinética permitiendo transportar el relleno horizontalmente en la energía ganada en la caída vertical.
3. Al entrar el relleno a la labor en forma de pulpa tiende a buscar su nivel, eliminando así, la necesidad de esparcirlo manual o mecánicamente.
4. La adición de compactantes, tales como aumento Portland, en la capa superior reduce grandemente la mezcla del mineral con relleno.
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5. La granulometría, que se puede controlar a voluntad, y la forma de deposición en estado de pulpa permiten el relleno hidráulico ofrecer una altísima resistencia al desplazamiento de las cajas.
6. Para su forma de introducción el tajeo y su consistencia de pulpa de gran flexibilidad en las técnicas mineras permitiendo cambiar de métodos de baja eficiencia, y alto consumo de madera, como el método de cuadros, a métodos con eficiencia hasta tres veces mayores, y consumos de madera hasta 50%, tales como el corte y relleno invertido.
7. Cuando se emplea relaves como rellenos
se puede
solucionar el
problema de almacenamiento de datos en superficie. En algunas minas este problema es de capital importancia.
Si el relleno hidráulico carece muchas ventajas sobre el relleno tradicional de grava roca, y que a la larga todos ello redunda en menores costos de operación y/o mayor producción, también tiene ciertas limitaciones que vale exponer para que las tome en cuenta quién deba investigar sobre la factibilidad del relleno hidráulico en una operación minera.
1. Requiere una inversión de capital mayor que para el relleno de grava que generalmente sus instalaciones se desarrollen con la explotación misma y por ende su costo no carga directamente a operaciones. La Inversión tiene que estar justificado por una producción tal que el ahorro por tonelada pague la inversión más intereses en un tiempo juzgado como razonable dentro del ambiente económico de la empresa.
2. La introducción de agua a la mina puede causar problemas de sostenimiento y puede ser crítica si la mina se desagua por bombeo. En estos casos el costo adicional del bombeo debe ser incluido en el costo de relleno hidráulico. Es conservador estimar que se introducirá más o menos 180 litros de agua por cada tonelada métrica de relleno hidráulico.
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3. Cuando el relleno empleado es releve con alto contenido de pirita y/o pirrotita, la oxidación de estos sulfuros eleva la temperatura del relleno y produce anhídrido sulfúrico. Si bien ambos efectos son indeseables, la experiencia ha demostrado que una ventilación adecuada del tajeo es suficiente para mantener la concentración y temperatura dentro de los límites seguros. Hoy es común usar relaves con 60% de pirita y 10% de pirrotita. 4. Al depositar el relleno en el tajeo, el ideal es que los sólidos se queden en el tajeo y el agua se elimine. En la práctica el agua arrastre cierta cantidad de finos que se depositan en las galerías. Existen formas de reducir la cantidad de finos arrastrados por el agua, así como métodos económicos para eliminarlos de la galerías.
En resumen se puede decir que el relleno hidráulico puede ser, y casi siempre lo es, un camino rápido para reducir costos y aumentar eficiencia en las minas subterráneas.
Es importante hacer notar en este momento que las condiciones de explotación varían grandemente de una mina a otra y aún entre secciones de una mina, consecuentemente ciertos factores que son primordiales en un caso pueden ser despreciables o no existir en otros.
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Diferencias con otros rellenos:
Relleno
Propiedad
de Relleno
Relleno tipo Pasta
Roca
Hidráulico
Estado
Seco
60-73% sólido
Sistema
de chimenea,
65-85% sólido
sondajes, cañerías a
través
de
transporte
equipo
Cemento
si y no
si y no
baja
Alta
100-400 tons/hr
100-200 tons/hr
razón
agua
cemento Velocidad
de
depositación
gravedad
en la pila se produce Segregación
reduciendo
su
resistencia
y
rigidez alta si se instala
Rigidez Contacto las paredes
adecuadamente con
difícil
sondajes,
cañerías
a
través de gravedad si baja a alta dependiendo de las especificaciones
Se
50-200 tons/hr
produce
segregación lo cual induce
baja
no existe segregación
resistencia
Baja
no se puede
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baja a alta dependiendo de la composición fácil
para
paredes
ajustar
a
IV)
APLICABILIDAD EN MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN:
Se aplica mayormente en minería subterránea en métodos de explotación tales como: Corte y relleno ascendente y;
Cámaras y pilares
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Se debe de tener las siguientes condiciones: Altos porcentajes de leyes Capital suficiente de inversión Operadores experimentados
V)
REQUISITOS PARA EL RELLENO HIDRAULICO
Los requisitos que el relleno hidráulico debe de satisfacer dependen de las funciones que se desea que cumpla y estas dependen de las condiciones especificas de cada mina. Así, en un tajeo de corto relleno en donde las cajas son muy competentes y no existen problemas de sostenimiento el principal requisito que se deseara del relleno hidráulico es que se compacte en l menor tiempo para poder reiniciar el ciclo de minado en el menor tiempo también. Mientras que en una mina en donde se rellenan antiguos tajeos de acumulación, para evitar el movimiento de roca, el tiempo de compactación
no
tendrá
importancia,
pero
la
magnitud
de
esta
compactación si será primordial.
Como se dijo en el capitulo anterior, en una aplicación especifica harán uno o dos requisitos por satisfacer, pero en este capítulo se estudiaran todos los requisitos que será necesario satisfacer en todas las aplicaciones frecuentes en la minería.
En el cuadro sinóptico que se presenta a continuación se han clasificado los requisitos en aquellos de cantidad y aquellos de calidad, y estos últimos, en una forma algo arbitrario, en requisitos: a corto plazo, a largo plazo y de ef3ctos secundarios.
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PROBALE
PRESENTE
CANTIDAD
MAXIMA
FUTURA
RESISTENCIA AL HUNDIMIENTO A CORTO PLAZO RESQUISTOS
ESTABILIDAD DEL TECHO TAJEOS INVERTIDOS
PARA EL RELLENO HIDRAULICO
DENSIDAD RELATIVA CALIDAD
A LARGO PLAZO
REDUCCION DE VOLUMEN ESTABILIDAD DE TAJEOS INVERTIDOS
CONTAMINACION QUIMICA DE EFECTOS
CONTAMINACION TERMICA
SECUNADRIOS
OTROS EFECTOS
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1. Requisitos de cantidad:
El relleno de minado es en última instancia un problema de volumen y no de peso, por lo tanto, las cantidades finales de relleno deben ser siempre medidas en unidades de volumen, tal como metros cúbicos. Sin embargo, durante el círculo de procesamiento y transporte del relleno es conveniente medirlo en unidades de paso tal como kilogramos o toneladas. De aquí se deduce que conocer la densidad del relleno, el peso por unidad de volumen, es de vital importancia.
En este momento es deseable aclarar un concepto que frecuentemente causa confusión, y es la diferencia entre la gravedad específica de los sólidos y la densidad de un relleno. Gravedad especifica de los sólidos es las veces que una partícula promedio es más pesada que el agua, o incluye solamente la masa contenida en las partículas solidad esta magnitud es constante para cada material. La densidad de un relleno frecuentemente llamado densidad in-situ, es el peso de un volumen conocido; esta magnitud es variable pues incluye los espacios entre las partículas que varían de acuerdo con la compactación del relleno. Así, un relleno compuesto exclusivamente de granos de cuarzo tendrá una gravedad especifica de 2.67, pero podrá tener una densidad in-situ de 1.8 toneladas métricas por metro cubico.
El procedimiento que se le línea a continuación y que se ilustra como un ejemplo posterior, es útil y sencillo para determinar el volumen del relleno requerido.
1. Se selecciona la zona de la mina donde se desea emplear relleno hidráulico. Pero esta selección, cuando no es el total de la mina se utilizan los siguientes elementos de juicio: conociendo los beneficios del relleno hidráulico y las características de cada sección de la mina se puede fácilmente estimar donde los beneficios serán mayores. Así, las secciones más lejanas de superficie, los lugares con mayor costo de mantenimiento, las secciones con menores eficiencias, las zonas con
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mayor concentración de tajeos, etc. son generalmente las áreas donde el relleno hidráulico traerá mayores beneficios.
2. Se estima la producción futura de estas secciones y se resta la producción que no necesitara relleno: producción obtenida de desarrollo, tajeos, por hundimiento, etc. Conociendo la producción futura es se calcula la producción mensual probable y máxima posible.
3. Se determina la densidad in-situ del mineral, que generalmente es conocida con bastante exactitud de las mediciones de producción y de las ubicaciones.
4. Conociendo la producción mensual futura, probable y máxima, y la densidad, se calcula el volumen mensual probable y máximo que se habrá de rellenar.
5. Un ejemplo ilustrara el procedimiento. Una empresa desea usar relleno hidráulico en toda la mina y ha estimado que en los siguientes 5 años producirá un total de 2.000.000 toneladas de mineral. Se estima que 200.000 toneladas provendrán de desarrollos y tajeos de techo, lo que deja 1.800.000 toneladas/año 630.000 toneladas/mes. También se estima que el quinto año se estará produciendo a razón de 39.000 toneladas/. Durante varios años de mediciones de producción se ha promediado una densidad de 3.0 toneladas/ metors3 para el mineral insitu. Los volúmenes mensuales promedio y máximo que habrá que rellenar serán:
Promedio: 30.000 ton/mes / 3.0 ton/m3
=
10.000m3/mes
=
13.000 m3/mes
Máximo: 39.000 ton/mes / 3.0 ton/m
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Estas serán las cantidades de relleno, medidas en unidades volumétricas, que habrá que introducir a la mina. Si se seseara conocer estas cantidades en unidades de peso, habrá que medir la densidad un-situ del relleno a usarse. El ejemplo anterior, si esta densidad resulta 2.1 ton/m3, entonces los pesos mensuales serán:
Promedio 10.000 m3/mes
x
2.1 ton/m3
=
x
2.1 ton/m3
= 27.300 ton/mes
21.000 ton/mes
Máximo: 13.000 m3/mes
Una relación útil a conocer es la relación, al peso, de relleno-mineral, para el ejemplo anterior será: 2.1 /
3.0
= 07
Lo que significa que para rellenar el espacio dejado por un tonelada de mineral se necesitaran 0.7 toneladas de relleno.
Centro normalmente un sistema de relleno hidráulico se diseña por su capacidad horaria es conveniente calcular los flujos horarios. Para este propósito se requiere conocer cuantas horas al día y cuantos días al mes se desea operar el sistema de relleno. Estos datos sólo se pueden determinar de acuerdo a la política operacional de cada empresa, sin embargo, el siguiente elemento de de juicio será útil: cuanto mayor número de horas al mes trabaje el sistema mayor será el costo de operación y menor el costo de inversión, y viceversa.
Asumiendo, para el ejemplo anterior, si se desea que el sistema opere 16 horas por día y 25 días al mes, entonces el sistema operara 400 horas por mes. Se estima que el sistema tendrá una eficiencia de operación del 80%, esto es, 20% del tiempo teórico de operación, el sistema estará parado.
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Entonces:
Promedios
21.000 ton/mes
=
65.6 ton/hora
=
68.25 ton/hora
400 hrs/mes x 0.80
Máximos
27.300 ton/mes 400 hrs/mes x 0.80
Promedio: 6506 ton/hora / 2.1 ton/m3
= 31.2 m3/hora
Máximo:
85.3 ton/hora
/ 2.1 ton/m3
= 40.6 m3/hora
Con estos datos se pueden calcular prontamente el tiempo que tomara rellenar un tajeo, de digamos 450 m3
Con capacidad promedio del sistema: 450 m3 / 31.2 m3/hrs
= 14.4 horas
Con capacidad máxima del sistema: 450m3
/
40.6 m3/hrs = 11.1 horas
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Es útil tabular datos para hacerlos más sinópticos:
Producción de
Promedio
Máximo
T/mes
30.000
39.000
T/m3
3.0
m3/mes
10.000
Y/m3
2.1
T/mes
21.000
mineral estimado Densidad de mineral Volumen por
13.000
rellenar Densidad del relleno Tonelaje del
27.300
relleno Relación al peso
0.7
relleno/mineral Tiempo de
Hrs/mes
400
400
%
80
60
T/hr
65.6
85.3
m3/hr
31.2
40.6
operación Eficiencia de operación Flujo horario al peso Flujo horario al volumen
La razón por la cual se lleva en forma paralela las cantidades correspondientes a una producción promedio y máxima es porque existen por lo menos dos alternativas para satisfacer ambas demandas:
1. Se puede diseñar un sistema con capacidad para 65.6 T/hr, pero susceptible a una sencilla expansión a 85.3 T/hr, cuando la producción legue a su máximo de 39.000 T/mes 24
2. Se puede diseñar un sistema con capacidad de 65.6 T/hr, y aumentando el tiempo de operación a 520 hrs/mes se puede cubrir la máxima demanda de 27.300 T/mes de relleno que corresponde a la producción máxima de 39.000 T/mes de mineral.
La exactitud de los datos y cálculos anteriormente expuestos y que eventualmente determinando la capacidad de un sistema de relleno hidráulico, dependen principalmente de las siguientes fuerzas:
1. La conexión con que se estima la producción futura de la mina 2. La precisión con que se determina la densidad del relleno 3. En menor grado, la conexión con que se estima la eficiencia de la operación
Los demás datos se conocen o se determinan con bastante precisión.
2. Requisitos de Calidad :
a) Corto Plazo:
Se han catalogado como requisitos de calidad a corto plazo aquellos que afectan la operación minera durante el ciclo de minado. En otras palabras, cuanto mejor se satisfagan los requisitos a corto plazo, el ciclo de minado será más corto y los contratiempos durante la producción serán menos frecuentes.
a.1) Resistencia al Hundimiento:
La resistencia al hundimiento de un suelo se define como la máxima presión promedio de contacto entre el suelo y una carga antes de que se produzca una falla al corte en el suelo y carga se hunda. De esta definición se deduce que la resistencia al hundimiento es función casi exclusiva de la resistencia del suelo a los esfuerzos al corte, y este hecho ha sido demostrado en los estudios de mecánica de suelos y en la práctica.
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Cuando el relleno hidráulico llega al tajeo, lo hace en forma de pulpa, con propiedades físicas semejantes a las de un liquido, esto es, con cero resistencia estática a los esfuerzos al corte. A medida que la pulpa va perdiendo agua las partículas solidas van entrando en contacto entre si, y la fricción interarticular es la que va dando una resistencia al corte a la masa de relleno. Esta resistencia al corte va aumentando con una velocidad decreciente llegando a un valor máximo (que no necesariamente es cuando ha perdido el 100% del agua, pues un pequeño porcentaje de agua, debido a la tensión superficial en vasos capilares, puede aumentar la fricción entre partículas y por ende la resistencia al corte del suelo). Para poder superar el valor máximo de resistencia el corte obtenido de esta manera, es necesario incluir un agente constante entre las partículas para que la adherencia entre ellas sea mejor que con la simple fricción interparticular.
La resistencia al hundimiento, según la definición dada anteriormente, se expresa con la siguiente ecuación:
P max = C x Cb --------------------------------2.1 En donde:
P max = es la máxima presión antes de fallar el relleno y hundirse la carga que ocasiona la presión. C = es la cohesión del relleno, o sea la resistencia al corte Cb = es un coeficiente que depende del ángulo de fricción interna (ᶲ) del relleno Un ejemplo ilustrara el empleo de la ecuación de Prandil en relleno hidráulico. Se han hecho pruebas al corte, a varias edades, con un material que se desea emplear para relleno hidráulico, en las mismas pruebas se ha determinado ᶲ =10; y se sabe que la máxima presión que soportara el relleno será la pata neumática de una perforadora que trabaja a 6Kg/cm2y que tiene un área de apoyo de 100cm2. Se desea saber después de
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cuantos días de vaciado al relleno y se podrá ingresar el tajeo para reiniciar la perforación.
Fuerza del aire sobre el pistón = 6 Kg/cm2 x 25 cm2 = 150 Kg
Presión de la pata sobre el relleno P max = 150 Kg / 100cm2 = 1.5Kg/cm2 Para ᶲ = 10°
Cb = 7.0
P max = C x Cb ---------->
C
=
p max
Cb C = 1.5
= 0.21 Kg/cm2
Para C = 0.21 Kg/cm2 -------------------------------- = 0.5 días
Se concluye que para las condiciones dadas en el ejemplo, se podrá reiniciar la perforación después de 12 horas de vaciado el relleno.
Si el resultado hubiera sido C = 0.6 Kg/cm2 se ve que con el material representado por la curva 1, por más tiempo que se espere no llegara a tener una cohesión mayor de 0.5 Kg/cm2. Si aun se deseara usar el mismo material habría que agregarle algún agente cementante para que aumente la cohesión, y las pruebas al corte resulten, en donde al cabo de aproximadamente 2 ½ días (60 horas) se podría reiniciar la perforación.
Otro ejemplo: se está empleando un relleno hidráulico con el cual hay que esperar 4 días para reiniciar el ciclo de minado. Se desea averiguar si agregándola cemento Portland puede reducir este tiempo y cuanto cemento habrá que agregar para reducir el tiempo a 2 días. Se sabe que la presión máxima la dará la llanta de un autocargador y será 5Kg/cm2.
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Se realizan pruebas al corte del relleno con diferentes proporciones de cemento y a diferentes edades y se obtiene el grafico de la figura N| 3. Allí se ve que la curva de cuatreo días de edad (96 horas) tienen una cohesión de 0.38 Kg/cm2 cuando el relleno no tiene cemento.
Si se desea conseguir la misma cohesión la misma resistencia al hundimiento, pero en menor tiempo, la línea horizontal punteada corta las curvas de edades e indica el porcentaje de cemento necesario para cada requisito. Así, si se desea reducir el tiempo a 3 días habría que agregar 3.2% de cemento a 2 días 4.8%, 1 día 8.4%, etc.
La carga máxima P max esta determinada por las características de trabajo en el tajeo y se puede calcular con bastante precisión. Entre las cargas más comunes se encuentran:
Pisado del hombre
0.5 Kg/cm2
Pata neumática de perforadora
1.5 Kg/cm2
Autocargador de 0.3 n3
3.0 Kg/cm2
Jumbo neumático de 2 perforadoras
3.0 Kg/cm2
Hay que tener en cuenta que distintas cargas ingresan a un tajeo a distintos tiempos después de vaciado el relleno; así si bien un autocargador crea una presión seis veces mayor que la del hombre, ese ingresa al tajeo, posiblemente varios días después que el hombre, cuando el relleno ya ha obtenido una mayor resistencia al hundimiento.
Además de las cargas estáticas y móviles que se ha visto, existen cargas dinámicas y de indentación que son muy complejas para determinar por medios matemáticos. Tal es el caso del impacto que causa el mineral disparado al llegar al piso del relleno. Es requisito primordial que el mineral no se entierre en el relleno por falta de resistencia de este, pero la determinación de este requisito, hasta ahora, solo se puede realizar en forma empírica con algunas pruebas piloto y observando la magnitud del
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hundimiento del mineral en el relleno. La magnitud de la indentación de un rastrillo en el relleno tampoco puede ser evaluado analíticamente y solo con observaciones se puede valorar.
Para controlar estos dos efectos negativos una solución que ha dado buenos resultados en la práctica es la adiciona de una mezcla rica de cemento-relleno sobre el piso del relleno. El espesor de esta capa varia de 10 a 30 cm, y la mezcla de 1:2 o 1:6 al peso.
Estabilidad del Techo en Tajeos Invertidos.- En el método de explotación de corto y relleno invertido (llamado undurout and fill en Norteamérica) el relleno es el techo del tajeo. Es requisito primordial para emplear este método, al conocer la carga que ejercerá la masa de relleno, para saber si será auto sostenida o en contrario para diseñar las columnas de sostenimiento.
Existen métodos indirectos para inferir las propiedades estructurales de un relleno hidráulico, los más usados son:
a._ El Coeficiente de Permeabilidad, que da una medida indirecta para averiguar cuan rápidamente el relleno hidráulico pasará del estado de pulpa al de un cuerpo granular firme.
b._ El Coeficiente de Uniformidad, que da una medida de la gradación de las partículas del relleno.
c._ El Thixotropismo es una propiedad de ciertas sustancias por la cual se comportan como sólidos cuando en reposo y como líquidos cuando expuestos a un impacto o vibración.
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b) Largo plazo:
El relleno también debe de desarrollar propiedades que serán de utilidad a largo plazo. Estas propiedades son:
Densidad Relativa.- Es una medida del grado de compactación que adquiere un relleno. Cuando mayor sea su densidad relativa, menos comprimible será y mayor resistencia ofrecerá al desplazamiento de las cajas, lo que redundará en una mayor estabilidad del área de minado.
Reducción de Volumen._Cuando el relleno contiene alta proporción de arcillas, tiende a reducir su volumen al perder agua. Este afecto es dañino pues permite el desplazamiento de las cajas y altera la estabilidad de las labores vecinas.
Estabilidad de Tajeos Continuos._ Cuando se explotan cuerpos minerales (bálsano) tres dimensiones son de las mismas magnitudes, se tendrán tajeos que colinden lateralmente. Es requisito primordial en estos casos que la pared de relleno del tajeo anterior no se derrumbe dentro del nuevo tajeo abierto.
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El empleo de relleno hidráulico puede provocar consecuencias secundarias que si no se evalúan de antemano pueden causar molestias y en casos extremos hacer prohibitivo el empleo de relleno hidráulico. Algunas de estas consecuencias son:
-
Contaminación Química: Cuando el relleno hidráulico contiene sulfuros metálicos, en particular la pirrotita, la oxidación de éstos produce anhídrido sulfuroso. Si no existe una ventilación proporcionada, la concentración del gas puede tornarse peligroso.
-
Contaminación Térmica: La oxidación de ciertos componentes del relleno hidráulico es una reacción exotérmica. Si no existe una ventilación proporcionada el aumento de temperatura en un tajeo puede ser prohibitivo.
-
El agua que se elimina al depositar el relleno hidráulico en un tajeo puede causar molestias en su disposición y pueda acarrear finos que eventualmente se depositarán en lugares indeseables.
Con pruebas relativamente simples de realizar y con equipo y personal que normalmente son accesibles a la mediana minería, se puede determinar la magnitud de ciertos parámetros del relleno hidráulico, con los cuales se pueden conocer la calidad de un relleno hidráulico y su comportamiento cuando está depositado en un tajeo. Los parámetros del relleno que pueden proporcionar esta información son: Densidad Razón de poros Angulo de fricción interno Cohesión Coeficiente de Presión Lateral Coeficiente de Permeabilidad Coeficiente de Uniformidad Producción de Anhídrido Sulfuroso 31
Cuando un material que se desea emplear como relleno hidráulico, no satisface los requisitos de calidad para un uso dado, éstos se pueden modificar. Las maneras más usuales de modificar las propiedades estructurales de un relleno hidráulico son:
-
Variando la Granulometría, esto es, eliminando cierto tamaño de partículas (generalmente las más finas), o agregando otros tamaños de partículas (generalmente gruesas)
-
Adicionando componentes cuya función principal es aumentar la adherencia interparticular.
-
Adicionando componentes cuya función es catalizar reacciones entre las sustancias que forman el relleno y el agua o aire, de manera que se generen subproductos que mejoran las propiedades del relleno.
-
VI)
Eliminando componentes dañinos tales como las arcillas.
SELECCIÓN DE MAQUINARIA DEL RELLENO HIDRÁULICO:
Contando con la determinación de contar de utilizar relleno hidráulico en la explotación de una mina y contando con un estudio del material para el relleno (relave) el siguiente paso es seleccionar una buena maquinaria y equipo para implementar una planta de relleno hidráulico para transportar el material de la planta de relleno a interior mina hasta los tajeos de la explotación, para cumplir estas expectativas detallaremos lo siguiente.
Selección de hidrociclones:
Los hidrociclones sirven para obtener una granumetria uniforme, libré de granos finos y limos; siendo apropiado para utilizar en el relleno hidráulico. Para obtener un buen trabajo de los hidrociclones se requiere una alimentación
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continua y para lograr un material adecuado como sea requerido. El corte granulométrico se debe acondicionar al UNDER FLOW y el ÁPEX. Las condiciones de operación de los hidrociclones deben ser adecuados para el material con 20% en fracción y -325 mallas que significa adecuar el diámetro de ápex y vertex a esas condiciones de operación .También es conveniente mantener constante la presión de alimentación.
La separación en el hidrociclón s efectúa para vatios tamaños de partículas por la acción de la fuerza centrifuga:
Una partícula colocada en cualquier punto del hidrociclón estará el efecto de una fuerza centrifuga y simultáneamente de una fuerza de arrastre, por la corriente del flujo que se dirige al eje central del hidrociclón.
Las partículas gruesas, debido a la aceleración centrifuga que se supera a la fuerza de arrastre, se ordenan de la pared dl hidrociclon, siendo finalmente evacuadas por el vértice cónico. A causa de la reducida dimensión de este solamente se descarga una parte de la corriente como flujo inferior transportado las partículas gruesas e inclusive todos los sólidos con ella .
La partículas finas, debido al efecto de la fuerza de arrastre que se supera a la fuerza centrifuga, se desplazan por medo del torbellino secundario acerca al centro del hidrociclón y se descargan por la tobera del flujo superior.
El hidrociclón posee 3 orificios:
A. Alimentación o entrada (feed) B. Vértice superior de descarga de partículas finas y agua (overflow o vertex ) C. Vértice de descarga parte cónica ( under flow )
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El corte de separación deseada se obtiene dependiendo del peso especifico de la pulpa y de su concentración habiendo también variables adicionales que se pueden dividirse en 3 grupos.
Variables que se dependen del material alimentado Variables que se dependen del tamaño del ciclón Variables posibles durante la operación
Corte transversal del hidrociclon:
Variables del material alimentado.- El volumen de la pulpa no guarda relación con el tamaño del ciclón, con una pulpa conteniendo partículas gruesas ,se obtendrá un corte de malla gruesa ; a medida que se disminuye el tamaño de las partículas se obtendrá cortes de malla más fina sin depender ello del diámetro del ciclón. Una alimentación gruesa generalmente aumente también los efectos de abrasión, especialmente en la bomba.
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Variables en el diseño de los hidrociclones
A. Diámetro de construcción.- El tamaño y forma de alguna parte de los hidrociclones afecta los resultados de la siguiente manera: al cortarse la sección cónica el ciclón, se disminuye la capacidad de alimentación y aumenta la densidad del overflow, al cortarse la dirección cilíndrica se aumenta la capacidad de alimentación y densidad del underflow.
B. Orificio de entrada: El tamaño del orificio de entrada; determina la velocidad de entrada de la pulpa, pero su función principal es promover un patrón de flujo suave en el punto de entrada y pre-orienta las partículas antes que lleguen al punto tangencial de co0ntacto con las paredes del cilindro, esto de la mínima turbulencia t reduce las posibilidades de que las partículas de tamaño más grande entren al vortex finder debido a la turbulencia.
C. Vortex finder: Desde el punto de vista de su impacto en el resultado de las operaciones el vortex finder es el orificio mas critico de todos. El tamaño de este, tiene el mayor efecto en la caída de presión, por el volumen dado y en general se puede decir que en un mayor tamaño del vortex finder, corresponde un corte ma grueso y una mayor proporción de sólidos en el revalse (overflow) y viceversa, pero en un tamaño más pequeño puede reducir el volumen como la velocidad y puede resultar una performance inferior.
D. Orificio ápex. La función del orificio del ápex es descargar el material de tal forma que se obtenga el máximo de densidad y suavidad posible, por lo tanto debe ser suficiente grande para permitir que la descarga sea como un chorro de forma cónica, pero esto no debe servir como control de separación, este orificio nunca debe ser chico, si el choro adquiere forma de soga, quiere decir, que está pasando un tonelaje más grande que el orificio pueda descargar, por lo tanto esta carga revalse, reduciendo la efectividad de la clasificación.
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Variable durante la operación:
Dilución de alimentación.-El más efectivo control o disposición del operador es la dilución de alimentación, así el uso de agua adicional en la dilución siempre resulta una operación más fina y exacta. Medida de la presión: La caída de presión a través de un ciclón es la diferencia de presión, entre la entrada del ciclón y rebose.
La medida de presión es, meramente una indicación de la energía requerida para forzar un volumen dado a través del ciclón y no es una indicación del patrón de fuerzas desarrolladas o empleada, excepto en lo relacionado a ciertas condiciones particulares de cada operador, se debe tratar por todas los medios de evitar una excesiva presión, puesto que resulta en una mayor esfuerzo de la bomba y más altos costos de operación y mantenimiento. Selección de tuberías:
Es el conducto por el cual circula la pulpa debe la planta de bombeo hacia la mina.
Sus características deben estar preparadas soportar el desgaste por presión que se denota en la abrasión por el tipo de mineral construido la tubería se clasifica en:
Tubería fija de acero:
Es la que compone la línea principal del circuito de relleno hidráulico desde la salida de la bomba hasta los tajeos, pudiendo ser revestidos interiormente o no.
El desgaste por abrasión en las tuberías varía de un punto a otro de la línea, existen 2 alternativas.
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Se instala toda la línea con tubería revestida interiormente, lo que implica una inversión inicial bastante fuerte, pero permite eliminar la mano de obra en el mantenimiento de la línea. Se instala toda la línea de acero y se sustituye esta con una tubería revestida en los puntos de desgaste elevado, en función de las necesidades. Las uniones pueden ser
bridas o uniones victaulic. El
acoplamiento victaulic es usado bajo las 3 formas siguientes:
a) Abrasadores tipo 77 y tubos ranurados, la ranura tiene el inconveniente de disminuir el espesor utilizable. b) Abrasadores tipo 99 y tubos con extremidades aisladas. El inconveniente es el costo de la unión. c) Abrasadores tipo 77 y tubos con respaldo soldado.
Si se trata de tuberías con revestimiento interior se puede utilizar indistintamente la unión con bridas o la unión victaulic.
Las tuberías con revestimiento interior se utilizan principalmente cuando las partículas solidas a transportar son angulosas, gruesas o puntiagudas, las cuales producen un gran desgaste por la abrasión.
Cuando el material a transportar contienen una gran proporción de lamas tienden a lubricar las paredes de las tuberías de tal forma que las partículas gruesa no tocan las paredes de la tubería. Sin embargo es necesario remover las lamas excesivas del material de relleno puesto en el tajeo para que pueda drenar convenientemente y no forma un núcleo interior barroso.
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TUBERÍAS DE ACERO PARA TRANSPOTAR DE PULPAS:
MATERIAL
ESPECIFICACIONJ
INOXIDABLE
ASTM A-182-304
A1 CARBONO
ASTM A-53-GA
A1 CARBONO
ASTM A-106-GB
A1 CARBONO
API – 5LX-X52
A1 CARBONO
API -5LX – X60
ESFUERZO LIMITE 1120kg/cm2 16000PSI 1120 kg/cm2 16000PSI 1140 kg/cm2 20000PSI 1640 kg/cm2 23500PSI 1020 kg/cm2 27100PSI
TUBERIAS DE ACERO FORRADOS PARA TRANSPORTE DE PULPAS:
FORRO
ESPESOR DEL FORRO
CEMENTO
1/8” A ¼”
CAUCHO
1/8” A ¼”
PLASTICOS PE,PVC,PPL
1/16”,1/8”,1/ 4”
APLICACION PULPAS ALTAMENTE ABRASIVAS I CORROSIVASS PULPAS ALTAMENTE ABRASIVAS I CORROSIVASS PULPAS ABRASIVAS Y CORROSIVAS
PRESION DE TRABAJO: 142.2PSI = 10 kg/cm2
PVC: polyvinyl chloride (cloruro de polivinilo) PE: polythylene (polietileno) PPL: polyprophylene
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OBSERVACIONES
UNIONES SOLDADAS
UNIONES SOLDADAS LARGA VIDA,UNIONES EMBRIADAS O ACOLAMIENTO VICTAULIC
Tubería flexible de plástico:
En el tajeo mismo, conviene que la tunería de llegada del relleno sea flexible sobre los últimos metros, dependiendo el largo de las dimensiones del tajeo. Este elemento flexible permite en el curso del relleno del tajeo, desplazar el punto de llegada y mejorar así la cohesión. La razón es la siguiente en la proximidad dl punto de llegada se acumulan los productos más gruesos y más densos, mientras lejos de este, pueden formarse charcos donde se acumulan los productos finos. No es recomendable usar relleno completamente desprovisto de elementos finos, siendo conveniente desplazar
el punto de
llegada del relleno de tal manera que cada punto de tajeo sea lugar de sedimentación de gruesos y finos. Selección de bombas:
Es importante hacer una selección correcta de l abomba por la capacidad de impulsión de pulpas, para lograr la capacidad normal de la planta de relleno hidráulico que estará en función a la capacidad horaria de l abomba en régimen de funcionamiento y densidad de la pulpa bombeada. La bomba es una
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máquina que absorbe energía mecánica que pude provenir de un motor eléctrico, térmico, etc. y la transforma en energía que la trasfiere a un fluido de un lugar a otro, a un mismo nivel y7o a diferentes niveles.
La selección de la instalación debe ceñirse a un diseño y funcionamiento que permite satisfacer la demanda requerida, utilizando la menos cantidad de energía posible. Hay siempre tipos de bombas que es la que más conviene en cada caso, la misma que prosperara el caudal hacia un destino al mayor rendimiento de la energía.
La bomba debe alcanzar una altura cabeza, que es la suma de la diferencia topográfica de altura entre la toma y la descarga mas la altura necesaria para alcanzar la gradiente requerida para el caudal estimado a obtener. La potencia requerida en el eje de la bomba para producir el desplazamiento del caudal deseado a la cabeza calculada es: Bhp = Q*H/3.960*eff
El caudal se expresa en galones por minuto y la cabeza en pies.
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Flujo del relleno:
El relleno es conducido por una velocidad tal que se evite la deposición de las partículas, esta velocidad, sin embargo debe ser limitada para prevenir el deterioro de las líneas a causa de la acentuada erosión.
La granulometría y el peso específico de los sólidos son los parámetros que definen la velocidad crítica o velocidad mínima, se define como el promedio de velocidades bajas o límites que permiten que una partícula durante si transporte en un medio líquido no se sedimente. Una velocidad de viaje de las partículas menor a su velocidad crítica significa una deposición d estas por sedimentación, frente al fenómeno de atoramiento de tunerías y sus graves consecuencias que perjudican el normal desarrollo operativo del transporte de este tipo de mezclas, crea la necesidad de conocer la velocidad critica de las partículas solidas en función del diámetro de la tubería y el grado de dilución de la pulpa a conducirse la raíz de esta operación los investigadores
Durand y condolios formulan una ecuación donde reúnen varios parámetros relevantes.
VC =F1*2GD(GE-D)/D
DONDE:
VC: velocidad critica F1: constante a dimensional GE : gravedad especifica de los sólidos D: densidad de la pulpa d: diámetro de la pulpa
Para el cálculo de la velocidad de diseño se deduce aplicando la fórmula del caudal.
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Q =V*A V=102732*Q/d2
Luego definiendo las condiciones de flujo se calcula una velocidad que garantice el arrastre de las partículas que para usos prácticos se debe tener una velocidad que sea superior por lo menos en una unidad a la velocidad crítica llamándose a esta velocidad de transporte (Vt).
Vt = Vc +1 pies/seg
De todo lo mencionado anteriormente tenemos:
MINA
D pulg
JUANITA
ANDAY
Vc pies/seg
Q M3/S
Vt pies/s
Vd pies/s
32
4.66
0.0156
5.66
11.23
4”
5.38
0.0156
6.38
6.51
6”
6.59
0.0156
7.59
2.83
5”
3.18
0.0126
4.18
3.26
Calculo del tiempo de relleno de un tajeo:
Para conocer el volumen rellenado de una hora se calcula mediante la siguiente fórmula:
T =P*C*di
DONDE: P: porcentaje en peso de los sólidos C: caudal 8m3/hr) d: densidad de la mezcla d: densidad insitu 42
Tomando como ejemplo la mina Andaychagua en donde se tienen los siguientes datos.
P: 73.68% C : 0.126M3/S = 45.36 M3/HR d : 2.2 TM/m3 d : 2.6 TM/m3
Si se rellena en Andaychagua un tajeo con un caudal de 45.36 m3/hr en realidad se rellena:
0.7368*45.36*2.2/2.6 = 28 m3/hr de relleno in situ.
Si en vez de utilizar una concentración de 60%, dando una densidad de pulpa de 1.6TM/m3. Con el mismo caudal d 45.38 m3/hr se rellena:
0.6*45.36*1.6/2.6 = 17m3 de relleno in situ.
Además la cantidad de agua introducida en la mina varía de manera importante según la densidad utilizada.
En la mina se requiere un caudal de agua de 0.2632*45.36*2.2 =26m3/hr .En el supuesto, el caudal es de 0.4*45.36*1.6 = 20m3/hr .Por lo tanto se nota la importancia de la densidad de la pulpa en:
a) Tiempo de relleno b) Cantidad de agua introducida en la mina
Drenaje de la percolación:
Un adecuado sistema y drenaje se requiere para sacar el agua residual de los tajeos mientras son retenidos los sólidos de relleno, el
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mismo relleno es
permeable y libera el agua por canales o tuberías instaladas dentro del rellano. Estas tuberías permiten la captación directa del agua desde el piso del tajeo.
El acceso a un tajeo de corte y relleno es un camino encribado con tablas que va subiendo a través del cuerpo del relleno. La mayoría de los tajeo tienen por lo menos 2 caminos para dar a la persona una alternativa de escape 8camino de emergencia), la tolva camino sirve como un sistema de drenaje, la madera encribado en su parte exterior es cubierta con polyethyleno para permitir la percolación del agua a través del relleno, mientras se prepare la tolva camino. La retención de agua máxima de filtro y atrapando las partículas finas dentro del mismo relleno.
También se usa presas de drenaje auxiliar y tuberías para la decantación y percolación del agua. Los muros de contención tienen su principal desventaja en que el área debajo de la barrera donde generalmente el piso del relleno se deteriora rápidamente si se utiliza para el drenaje del agua.
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VII)
PROCESO DE PREPARACIONES DE RELLENO HIDRÁULICO
El material extraído de la planta concentradora que contiene partículas de minerales residuales en este caso de los minerales sulfurados los cuales pueden ser pirita, hematita, magnetita ,etc.. El cual
es depositado en los
tanques de relave final de planta, luego un parte del relave que es representada por el 40% es conducido hacia el proceso de preparación para el relleno hidráulico y la parte del 60% es llevada directamente mediante una cuneta de relave hacia la cancha de relave en el cual se depositan mayormente los materiales finos.
La parte de relave (40%) accionada por la bomba centrifuga en la cual su instalación de la bomba
debe ceñirse a un diseño y funcionamiento que
permite satisfacer la demanda requerida en la mina ,es conducida por medio de tuberías; donde estas tuberías pueden estar revestidas o no por medio de cemento ,caucho,etc ; hacia los hidrociclones en el cual la pulpa que contiene materiales gruesos y finos; son separados mediante fuerzas centrifugas y de arrastre, de las cuales se obtiene dos flujos de pulpa un alimento primario (feed) que es el primer flujo en los cuales los materiales gruesos se ordenan en las paredes del hidrociclon el cual este material es descargado por la parte inferior del hidrociclon donde este orificio es llamado ápex ; y la otra parte que es el flujo secundario que es la parte de los finos se ordena en la parte central del hidrociclon en la cual aquí ocurre el proceso de que las fuerzas de arrastre son mayores a las fuerzas centrifugas la cual es descargada por la parte superior del hidrociclon donde este orificio es conocido como el vortex donde este material fino es conducido por medio de una cuneta de relave hacia las canchas de relave ; donde esta pulpa que es descargado por el ápex con materiales sólidos de granulometría gruesa sigue el proceso del relleno hidráulico.
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El material clasificado de los hidrociclones es descargado al tanque de relave clasificado lo cual almacena el relave clasificado; el cual es accionado por una bomba centrifuga cuya finalidad es trasportar por medio de tuberías la pulpa clasificada hacia las instalaciones superiores de la planta ubicadas sobre la superficie de las labores de explotaciones subterránea.
VISTA DE UNA UNIDAD DE BOMBEO DE RELLENO EN SUPERFICIE, CON SILOS PARA ÁRIDOS
La pulpa es depositada en los silos de relave; los cuales tiene una cierta capacidad de almacenamiento de relave clasificado; luego son transportados por tuberías hacia el tanque agitador que se encarga de diluir la pulpa por medio de agua para que no se una pulpa espesa y sea más fácil de transportar hacia el tanque distribuidor que se encargara de distribuir el relleno hidráulico por medio de tuberías en las cuales estas tuberías deben ser flexibles para un mejor manejo a la hora de llegada del relleno hidráulico a los tajeos porque sino los materiales gruesos se estancarían en una parte y los finos se dispersarían por el tajeo, por esto las tuberías deben ser flexibles para poder cambiar el punto de llegada del relleno hidráulico el cual este material es accionado por una bomba centrifuga y es ayudada por la fuerza gravitacional .
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Tuberías flexibles para el relleno hidráulico
Tanque agitador
47
ESQUEMA DEL CIRCUITO DEL RELLENO HIDRÁULICO (FLOWSHEET)
LEYENDA
8
1. Planta concentradora 2. Tanque de relave final de planta 3. Bomba centrifuga 4. Batería de Hidrociclón 5. Tanque de relave clasificado 6. Cuneta de relave a presa
9
7. 10
11
4
12
1
7 5
3
7. Bomba centrifuga
2
8. Silos de relave clasificado
6
9. Tanque agitador 10. Tanque distribuidor 11. Bomba centrifuga 12. Descarga a la mina por gravedad
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VIII)
PREPARACIÓN PARA EL RELLENO DENTRO DEL TAJEO
El primer paso es la limpieza del mineral fino que queda en el tajeo lo cual este tajeo debe quede bien limpio para que no halla imperfecciones a la hora del llenado del relleno; luego se prepara el tajeo para el relleno tapando todas las zonas de posibles fugas del material de relleno colocando tapones o barreras; en esta operación se utiliza madera redonda para los postes los cuales van hacer colocados de forma perpendicular a las paredes de los tajeos se coloca en las partes finales de los tajeos los cuales van hacer enrejados con tablas dejando un espacio de 2 pulgadas entre tablas. Estas barreras se cubren con tela de polipropileno o poliyute (de 8 a 10 onzas de peso por metro cuadrado), la cual se clava a las tablas un tanto flojas, es decir una distancia también de 2 pulgadas para que el relleno pueda amoldarse a las formas de la madera y no se adhiera el material a las tablas. El contorno de esta tela va fijada a la pared del tajeo con una mezcla de cemento y yeso (diablo fuerte) los cuales sirven para sujetar y no permitir que el polietileno (tela) se salga.
Otra cuadrilla de operarios va instalando la tubería la cual debe ser flexible de plástico para su mejor manejo dentro del tajeo a rellenar desde la red de tubería principal de relleno. Cabe señalar que antes de mandar el relleno hidráulico se debe limpiar las tuberías por medio de agua por rellenados anteriores que hubo ; después de realizar este paso el operario que se encuentra en la parte del tajeo a rellenar manda la orden de que envíen el relleno hidráulico en cual es enviado desde superficie (NV 2375) hasta los niveles inferiores (NV 1937 y NV 1815) a través de una tubería de por gravedad y que luego desde los niveles inferiores se reparten a las diferentes labores a rellenarse, después de haber concluido de rellenar el operario manda la orden de que paren el envío de relleno .
48 49
IX)
RELLENADO DEL TAJEO
Una vez preparado el tajeo, el operador de superficie procede a enviar agua para lavar la red de tuberías con la finalidad de evacuar posibles vestigios de relleno de anteriores envíos y comprobar que la tubería no esté atorada. En seguida el operador de interior mina observa que llegue el agua al tajeo y se comunica por teléfono con el operador de superficie solicitando el envío de la pulpa.
En lo posible debe evitarse que las barreras no reciban el impacto directo de la pulpa para evitar deterioros de la misma.
El proceso de rellenado continúa hasta que el operador de interior mina comunique el termino del proceso o alguna parada por algún problema; este operador debe cuidar que el drenaje de agua se realice correctamente, para lo cual se utiliza tubos ranurados de 4’’ .
En la práctica se ha comprobado que un coeficiente de permeabilidad de 10cm/hr es el ideal para la consolidación de un relleno. Un coeficiente de permeabilidad menor de 3cm/hr se dice que demora excesivamente en eliminar el agua; en cambio un coeficiente de permeabilidad mayor de 20cm/hr puede causar el fenómeno de embudo, por el cual se forma pequeños conductos abiertos dentro de la masa de relleno a través de los cuales fluye la pulpa a gran velocidad saliendo buena cantidad de relleno a las galerías.
Con respecto a la resistencia al hundimiento del relleno este debe tener una cohesión de c= 0.5 Kg/cm2
Al culminar el proceso de rellenado, el operador de superficie debe enviar agua para lavar la tubería. En la figura se esquematiza el proceso de minado de un tajeo con corte y relleno hidráulico en forma ascendente.
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Problemas En El Proceso De Rellenado
En la mina Jimena los problemas más comunes en los primeros días de aplicación del relleno hidráulico fueron los atoros de tuberías, estos se debía principalmente a la falta de experiencia del personal encargado de enviar el agua y la pulpa desde la planta de relleno. Luego estos problemas se están minimizando al tener un personal cada vez más experimentado.
Las filtraciones y escapes de la pulpa son otro problema, los cuales se producen por una mala preparación del tajeo. Esto causa inundación de las rampas, galerías y pozas de decantación de los niveles inferiores.
Los desgastes de tuberías son consecuencia del rozamiento de la pulpa contra las paredes de la tubería. La duración de las tuberías depende de la ubicación y ángulo de inclinación que tengan. Las tuberías instaladas verticalmente tiene poco desgaste cuando estás instaladas a plomo y bien aseguradas; mientras que las tuberías instaladas en forma horizontal tienen un mayor desgaste en la
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parte inferior, por lo que es recomendable hacer una rotación de las tuberías cada cierto tiempo para tener un desgaste uniforme.
a) Precauciones en Paradas Intempestivas:
En toda parada de operación por diferentes motivos es necesario contar con algunas indicaciones de precaución entre estas se considera:
-
Para cortar el envío de la pulpa, habiendo recibido la comunicación respectiva se debe cambiar por agua hasta completar el lavado de materia solido hacia el tajeo.
-
Se completa la operación de limpieza dejando abierto la válvula de agua limpia de la planta para la limpieza de la tubería de la red inicial
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b) Precauciones para concluir el rellenado:
Antes de concluir el rellenado; operadores de mina comunican a planta de relleno que debe cortar el envío de la pulpa dando tiempo así para que tomen las precauciones necesarias estos son:
-
Determinar la parada del repulpeo de alimentación
-
Seguir los pasos de paradas intempestivas
c) Mantenimiento del sistema de Relleno:
Para garantizar la continuidad de funcionamiento del sistema de relleno y/o la conservación
del mismo
es
conveniente
programar
regularmente
un
mantenimiento preventivo que debe ser por lo menos una vez por mes, por lo general se programa en días sábados o domingos para evitar paradas no programadas. Las paradas no programadas se consideran las paradas intempestivas.
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X)
VENTAJAS Y DESVENTAJAS:
Ventajas del relleno hidráulico:
-
Cuando se utiliza relave de una planta concentradora el costo de la obtención del material es cero, ya que la planta cubre los costos de reducción de tamaño del material.
-
Cuando se utiliza el material detrítico producto de las labores de preparación y desarrollo se contribuye a maximizar la vida útil de las desmontaras y asimismo se minimiza el impacto ambiental.
-
El transporte en tuberías es mucho más económico, eficiente y rápido que con otro tipo de transporte.
-
Al depositarse el relleno en el tajo en forma de pulpa tiende a buscar su nivel en forma natural, eliminando así la necesidad de utilizar recursos adicionales para esparcirlo manual o mecánicamente.
-
El relleno hidráulico por la granulometría del material que es de fácil control permite una alta resistencia al movimiento de las cajas.
-
El relleno hidráulico permite aumentar la eficiencia y productividad en los tajos debido a la disminución del consumo de madera y a la reducción del costo de minado por la versatilidad que brinda.
Desventajas del relleno hidráulico:
-
El sistema de relleno hidráulico requiere una alta inversión de capital, para lo cual es necesario tener un sustento financiero de aplicabilidad.
54
-
La introducción de agua en el relleno a la mina es un problema si el drenaje se realiza por bombeo.
-
Cuando se utiliza material con contenidos altos de pirita o pirrotita, al oxidarse estos sulfuros se produce una reacción exotérmica lo cual eleva la temperatura y produce anhídrido sulfuroso.
-
En el agua de drenaje del relleno siempre arrastra cierta cantidad de finos los cuales se depositan en los niveles inferiores de las labores rellenadas.
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CONCLUSIONES
Es frecuente escuchar en el ambiente minero que la explotación minera no es una ciencia sino un ente porque las ecuaciones y métodos matemáticos no son aplicables a la naturaleza minera
por ser ésta compleja, variable o
impredecible. El relleno hidráulico es un material que, para los propósitos de la minería, es homogéneo, isotrópico, con características químicas, físicas y estructurales,
no
solamente
predecibles
sino
controlables,
y
cuyo
comportamiento se puede medir y controlar con una precisión muy semejante a la que hoy en día se acepta para medir y controlar el comercio.
La mayoría de las ecuaciones presentadas en este trabajo están basadas en principios de la mecánica de suelos, principios mundialmente aceptados y aplicados con éxito durante muchas décadas o materiales menos homogéneos, predecibles y controlables que el relleno hidráulico.
La información que se presenta en este trabajo servirá para que los usuarios de rellenos hidráulicos puedan especificar la cantidad y calidad de relleno que necesitan para que en sus operaciones resulta en una contribución económica.
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BIBLIOGRAFÍA
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XII CONGRESO DE MINERÍA - Instituto De Ingenieros De Minas Del Perú
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LIBRO DE EXPLOTACUION SUBTERRANEA - FACULTAD DE ING DE MINAS DE LA UNIVERISADAD NACIONAL DEL ANTIPLANO (PUNO)
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CÁLCULO
Y
DISEÑO
DE
INSTALACIONES
PARA
RELLENO
HIDRÁULICO DE MINA – Toledo G. F. Enrique -
DISEÑO DE MINAS SUBTERRANEAS – CATEDRA CODELCO DE TECNOLOGIA MINERA
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APLICACIÓN DE RELLENO HIDRÁULICO EN LA MINA JIMENA DE COMPAÑÍA MINERA PODEROSA S.A. – TESIS
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO - FACULTAD DE INGENIERÍA o MÉTODO DE MINADO CORTE Y RELLENO – Autor: Evaristo Valencia Gaspar o Página Web: http://www.scribd.com/doc/22497262/metodo-de-explotacioncorte-y-relleno-UNAM
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TECNOLOGIA
LIMPIA
Y
RENTABLE
PARA
LA
MINERIA
POLIMETALICA SUBTERRANEA o FLOTACION Y RELLENO TOTAL - Smallvill S.A.C. o Página Web: http://www.concytec.gob.pe/redandina/pnuma/reunregionales/2r crdesk/22%20informsectoriales/221sectorminero.pdf
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