Shrinkage Stoping

Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería en minas Universidad de Santiago de Chile

Método de Explotación

Shrinkage Stoping

Integrantes: Fabián González Recabarren Patricio Núñez Vásquez Docente: Eduardo Contreras Asignatura: Laboratorio de Métodos de Explotación Fecha: 30 de Marzo 2017

Índice

Introducción Descripción del método Campos de aplicación Equipos empleados Forma de realizar la explotación Ventajas y Desventajas Ejemplo práctico Consideraciones Conclusión Bibliografía

Introducción

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En el siguiente informe describiremos las principales características y desarrollo del método de explotación minera llamado Shrinkage Stoping. Para comenzar este informe procedemos a explicar en qué consisten los métodos de explotación. Debemos saber que para explotar un mineral existen dos sistemas: la minería a cielo abierto y la mina subterránea, siendo la primera la más común hoy en día. Minería a cielo abierto La minería a cielo abierto o también denominada de superficie se realiza mediante la eliminación de la vegetación (stripping) y de las capas superiores de roca, para poder llegar a los yacimientos enterrados (Ver fig. 1)

Fig. 1 Chuquicamata, Chile, es una de las Minas a cielo abierto más grande del mundo. Minería subterránea La minería subterránea o en ciertas ocasiones denominada minería de subsuelo Se utiliza cuando el cuerpo mineralizado (vetas o cuerpos de mineral económico) son angostas y profundas, por lo cual no se puede extraer mediante cielo abierto, por lo que se hace efectivo el método vía subterránea. Es por esto que se realiza la construcción de túneles o galerías, con el objetivo de penetrar la roca y así poder llegar a los yacimientos. (Ver fig. 2)

Fig. 2 Una mina subterránea se compone de varias galerías, cuya técnica de extracción puede ser por hundimiento o por caserones. En la imagen, la mina subterránea de caliza Beer Stone Quarry en Inglaterra.

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La elección del método de explotación a aplicar depende de la estructura del terreno, la forma del cuerpo mineralizado, la competencia de la roca, las características geomecánicas de la roca, la profundidad a la cual se encuentra el mineral, consideraciones económicas, factores tecnológicos, medioambientales, la ley y la estimación del contenido de agua, para así realizar la extracción de una manera efectiva y eficaz mediante distintas técnicas de extracción del material según las necesidades y condiciones del yacimiento. De estos dos sistemas antes citados, nuestro tema, el Shrinkage Stoping, corresponde a un método de tipo subterráneo, es utilizado en vetas principalmente verticales de dimensiones pequeñas ya que es un método más bien manual donde participa mayormente mano de obra y una baja mecanización.

Fig. 3 Método Shrinkage Previamente a la extracción del mineral es preciso una serie de estudios, esquemas y trabajos como galerías, acceso al depósito, chimeneas, estocadas y otros necesarios para obtener antes que todo, productividad, recuperación y rentabilidad de la mina.

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Descripción del método Previamente a la extracción del mineral es preciso una serie de estudios, esquemas y trabajos como galerías, acceso al depósito, chimeneas, estocadas y otros necesarios para obtener antes que todo, productividad, recuperación y rentabilidad de la mina. El Shrinkage Stoping es un método de explotación subterránea vertical aplicable a vetas (estructuras verticales), se utiliza principalmente en la explotación subterránea de minas pequeñas o medianas, en la actualidad está un tanto obsoleto por no poder ser automatizado, por lo cual que requiere una utilización extensiva de mano de obra. Cuenta con la característica de ser un método autosoportante (o de caserones abiertos), esto quiere decir que el caserón debe poder mantenerse estable de forma natural, o necesitar el mínimo de elementos de refuerzo. Este método se caracteriza por explotar el mineral de manera ascendente y en tajadas horizontales, dejando así que el mineral se acumule dentro de ellos. El montón de material tronado, se utiliza como plataforma de trabajo, se ocupa como un apoyo relativo para que así los mineros puedan trabajar, cuidando de que este no se compacte ni cemente para no dificultar la extracción del mineral y proporcionar un espacio suficiente entre el mineral que se encuentra in situ, y el mineral que se acaba de tronar para obtener una distancia operacional óptima, y el trabajador pueda ejercer la explotación sin problemas. Cómo el volumen del mineral tronado es mayor al del estado in situ, después de cada disparo debe ser evacuado del caserón una cantidad de mineral equivalente al esponjamiento experimentado, sacando aproximadamente un 35% y dejando hasta el momento del vaciado el resto. De esta manera, se sigue de manera ascendente la explotación hasta tronar todo el mineral del caserón. Este método es aplicable a vetas angostas de 1.2 a 30 m, a cuerpos donde otros métodos son técnica o económicamente inviables. Para la aplicación del método se requiere conocer bastante bien la regularidad y los límites del cuerpo mineralizado. Es por esto que para asegurar que el mineral fluya se construyen dos niveles horizontales separados verticalmente por 30-180 m, los cuales permiten definir la continuidad de la veta y determinar la regularidad en el espesor de la misma. Como se puede apreciar en la figura 4. Para asegurar que el mineral fluya (que no se "cuelgue"), el mineral no debe tener muchas arcillas, ni debe oxidarse rápidamente, generando cementación. El cuerpo mineralizado debe ser continuo para evitar la dilución. El estéril debe extraerse como dilución o dejarse como pilares aleatorios (que no impidan el flujo).

Fig. 4

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Campos de aplicación Para que la aplicación del método Shrinkage Stoping sea productivo y ventajoso, se requiere que este método sea aplicado preferentemente a vetas de poca a mediana potencia, por lo cual es muy común verlo en la explotación en minas artesanales de oro (que tiene mayor valor económico, lo cual hace rentable su explotación). También, se puede aplicar en mantos muy potentes, dividiéndolo en caserones verticales, separados por pilares ó en vetas muy potente colocando los caserones de modo que su eje sea perpendicular a la corrida de la veta. Condiciones de aplicación        

El cuerpo mineralizado debe presentar un buzamiento mayor o igual a 60°. Yacimientos de forma regular Mineral debe ser resistente para dar seguridad al personal La mena debe ser de valor uniforme y en lo posible sin incrustaciones de estéril Las cajas deben ser de roca muy sólida(competente) para evitar desprendimientos o desgaste por roce La potencia no debe ser menor a 0,80 m No debe oxidarse el mineral con facilidad El mineral no debe ser quebradizo

Equipos empleados Este método requiere tanto de una máquina transportadora como de perforadoras manuales y mecanizadas. 1) Transportadora: 

Scoop: Máquina cargadoratransportadora con cargador frontal. Se utilizan durante todo el proceso, para extraer el mineral. Ver fig. 5

Fig. 5

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2) Perforadoras Manuales: 

JackLegs: Perforadora con barra de avance que puede ser usada para realizar perforaciones horizontales e inclinadas, se usa mayormente para la construcción de galerías, subniveles, rampas, etc. Utiliza una barra de avance para sostener la perforadora y proporcionar comodidad de manipulación al perforista. Ver fig. 6

Fig. 6 

Stopers: Perforadoras que se emplean para la construcción de chimeneas y tajeado en labores de explotación (perforación vertical hacia arriba). Está constituido por un equipo perforador adosado a la barra de avance que hace una unidad sólida y compacta. Ver fig. 7

Fig. 7

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3) Perforadoras Mecanizadas: Utilizados con poca frecuencia, priorizando los equipos anteriores. 

Drill Wagons: es una unidad de perforación montada sobre una estructura móvil equipada de ruedas u orugas en goma para su utilización sobre áreas de trabajo horizontales. Ver fig. 8

Fig. 8 

Jumbos: De 1.8 a 2.4 metros. Perforación rápida y muy eficaz. Ver fig. 9

Fig. 9

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

Slushers: huinche para pala de arrastre, malacate neumático, máquina usada, particularmente en minería subterránea, para arrastre, cargue y transporte de mena, carbón o material estéril en distancias cortas. Ver fig. 10

Fig. 10

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Forma de realizar la explotación El mineral se arranca a lo largo de la cámara por rebanadas en realces sucesivos de 2 a 3.5 m de altura y ancho de la cámara. El mineral arrancado sirve como base para el trabajo. El ciclo de explotación tienes las etapas de perforar, volar, cargar y fortificar, luego se debe realizar una extracción parcial, debido a que luego de cada voladura el mineral llena la cámara, por lo cual se debe sacar cerca del 40% del mineral tronado por los cargaderos inferiores, hasta obtener nuevamente un espacio de 2 m, entre el mineral tronado y la corona virgen. El mineral que queda en la cámara se mantiene a un nivel tal que permita su uso como piso de trabajo para cada realce, hasta tronar toda la cámara. Luego el 60% del mineral “preso” en la cámara es extraído. Las características de este método, vetas angostas, dificultad de acceso y el piso de trabajo irregular, no permiten la utilización de equipos mecánicos de perforación. En la práctica se utilizan perforadoras manuales, jack-legs o stopers, y barras integrales. Los tiros pueden ser horizontales (1,6 a 4.0 m) o verticales (1.6 a 2,4 m) con diámetros de 32 a 38mm. En ocasiones particulares se utilizan perforadoras mecanizadas (drill wagons o jumbos con largo de perforación que pueden ir de 1,8 m hasta 3,0 m.

Fig.11 Método de explotación Shrinkage Stoping

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Como este método requiere conocer bastante bien el cuerpo mineralizado, se construyen dos niveles separados verticalmente por 30-180 m, lo que permite definir la continuidad de la veta, y determinar la regularidad en la potencia de la misma. Además se agregan chimeneas, construidas por Alimak o Raise Boring, las que permiten definir continuidad vertical, facilitan la ventilación y permiten el ingreso de personal y equipos. Normalmente, cada nivel tendrá un nivel paralelo a la veta, utilizado como nivel de transporte. Si la veta es demasiado gruesa, deben realizarse caserones transversales por Shrinkage. En tal caso son conectadas estocadas de carguío conectadas hacia los puntos de extracción debajo de estos caserones. Este método tiene tres formas de extracción: 

Puntos de extracción cada 1-10m en la base del cuerpo: Se suprime los macizos de la galería base, y el mineral se carga sobre una encamada de madera, reforzada por entibación. Es factible en vetas de pequeña potencia.

Fig. 12 Método de explotación Shrinkage Stoping, extracción por chutes de madera

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Correr galerías paralelas a la base del cuerpo: Consiste en correr galerías de extracción desde la galería de extracción hasta la galería de base del depósito cada 7,5-15 m. Se trona la primera tajada y se extrae el esponjamiento con LHD o scraper.

Fig. 13 Método de explotación Shrinkage Stoping, extracción por sistema LHD 

Cuerpos más anchos: En yacimientos con potencias mayores se suprime la entibación y se abren embudos en el macizo de la galería, el intervalo práctico entre cargadores es 8 a 10 m, permitiendo buenas condiciones de trabajo. Lo principal es perforar chimeneas en el centro de la futura cámara y en el centro de los macizos laterales, para que estas sirvan de ventilación.

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Fig. 14 Método de explotación Shrinkage Stoping, extracción mediante embudos.

Carguío y transporte: El sistema tradicional y más antiguo es el carguío directo del esponjamiento por el nivel de extracción mediante pequeños carros de ferrocarril, los cuales son cargados mediante buzones instalados en la base de los embudos recolectores. Se debe nivelar el piso luego de cada tronadura, para lo cual se pueden utilizar slushers, LHD pequeños o simplemente palas y realizar el trabajo manual. Entre los sismas utilizados se pueden encontrar scrapers, descargando a camiones o carros de ferrocarril o camiones y equipos LHD saliendo directamente, o en combinación con piques de traspaso corto, rampas, ferrocarril o camiones. Ventilación: El frente de trabajo se ventila inyectando aire desde la galería de transporte ubicada en la base a través de la chimenea de acceso emplazada en uno de los pilares que flanquean el caserón. El aire viciado se extrae hacia el nivel superior por la chimenea emplazada en el otro pilar correspondiente al caserón vecino. Fortificación: Dependiendo de la estabilidad de la roca encajadora, se recurre normalmente a un apernado parcial o sistemático de las paredes del caserón. En situaciones de mayor inestabilidad se colocan pernos y malla de acero, o incluso shotcrete. También es posible dejar algunos pilares de mineral de pequeñas dimensiones.

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Fig. 15 Pernos de anclaje.

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Ventajas y Desventajas Las ventajas del Shrinkage Stoping son: 

Tasas de producción de pequeñas a medianas.



Vaciado del caserón por gravedad.



Método simple, para minas pequeñas.



Capital bajo, algo de mecanización posible.



Soporte de mineral y paredes mínimo.

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Desarrollos moderados.



Buena recuperación (75 a 100%).



Baja dilución (10 a 25%).

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Selectividad posible.



En condiciones apropiadas pueden ser más baratas que el método de corte y relleno.



El mineral almacenado actúa como piso de trabajo, incluso para andamiarse en el arranque.



La perforación y voladura en las cámaras almacén es más eficaz que en el método de corte y relleno pues no es un trabajo cíclico como en éste.



No hay que mover el mineral durante la explotación, aunque, a veces, hay que emparejarlo para nivelar las plataformas de trabajo de las perforadoras móviles.

Las desventajas del Shrinkage son: 

Productividad baja a moderada (3-10 t/hombre-turno).

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Costos moderados a altos.



Intensivo en mano de obra.

 

Las condiciones de trabajo son relativamente más difíciles, con exposición a riesgos comparativamente mayores en relación a otros métodos. Mecanización limitada.

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Condiciones de trabajo difíciles.



Aproximadamente 65% del mineral “preso” dentro del caserón hasta el final.

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Colgaduras o estancamientos.



En algunos casos es difícil dejar el muro al descubierto, ya que habría que producir irregularidades en el mismo que pueden ser causa de "huecos colgados" al retener el

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mineral; por ello hay necesidad de abandonar algo de mineral o franquear parte de roca del hastial, según las circunstancias. 

Las rocas que se desprenden de los hastiales ensucian el mineral. El mineral está sujeto a oxidación en la cámara, lo que puede ocasionar dificultades en la flotación y también producir fuegos si el contenido en azufre es suficiente.

Ejemplo práctico En Chile, la mina El Teniente el primer método de que obtuvo gran productividad fue el Shrinkage Stoping combinado con Pillar Caving. El método, en pocas palabras, consistía en dos etapas, primero caseroneo por realce sobre el mineral (Shrinkage Stoping), y luego un hundimiento de los pilares entre los caserones (Pillar Caving). La mina Salamanqueja ubicada en Camarones, Región de Arica y Parinacota, extrae principalmente oxido de cobre, para lo cual dependiendo las condiciones de la veta es utilizado el método Sublevel Stoping o Shrinkage Stoping. Y por último la Mina Cerro Bayo, ubicada en la Región de Aysen, comuna Chile chico, es una mina de oro y plata, donde el macizo se encuentra en vetas stockwors y brechas.

Fig. 16 Mineros en mina El Teniente

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Consideraciones Para este método de explotación hay que tener especial cuidado en que las condiciones de la veta sean optimas, de tal manera, se evitan las colgaduras y accidentes que pongan en riesgo la vida de los trabajadores. Además, como el esfuerzo de la mano de obra es de gran envergadura, se debe tener especial cuidado con la salud de los obreros.

Conclusión A lo largo del desarrollo de este trabajo, logramos ver que el método Shrinkage Stoping, tiene múltiples beneficios, como lo es el bajo costo en su procesamiento ya que la extracción del material se realiza por acción de la gravedad y todo es realizado de manera manual. Aunque esto también encasilla una de sus desventajas, que al no ser muy automatizable, el personal trabaja en condiciones muy difíciles y peligrosas, contando además, que es mucho el mineral que actúa como piso (aproximadamente 60%), y que no puede ser comercializado hasta el vaciado total del caserón. Hoy en día la cantidad de minas que siguen utilizando este método son ínfimas, pero es sus primeros años grandes mineras iniciaron con el Shrinkage stoping, como por ejemplo, la mina el Teniente, marcando los inicios de la gran labor de explotación que es en la actualidad.

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Bibliografía o

Ignacio Lorenzo Peña Huarte, Tesis, Manual técnico del método de explotación Shrinkage Stoping y factores que inciden a la hora de su elección (2015).

o

https://es.wikipedia.org/wiki/Minería

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Informes anteriores del ramo

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“Curso: métodos de explotación”, Sr. Bernardo Reyes C.

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