Tipos de Muestreo en Mina

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS

INDICE I.

INTRODUCCION

II.

EL MUESTREO DE MINERALES

III.

CONCEPTOS IMPORTANTES EN TEORIA DEL MUESTREO PROBLEMA PRINCIPAL

IV.

CARACTERISTICAS DE UN MUESTREO

V.

PREMISAS PARA UN BUEN MUESTREO

VI.

ETAPAS DE UN MUESTREO MUESTREO SISTEMATICO MUESTREO ALEATORIO MUESTREO ESTRATIFICADO

VII.

TIPOS DE UN MUESTREO

VIII.

METODOS DE MUESTREO

MUESTREO POR PUNTOS MUESTREO LINEAL MUESTREO VOLUMÉTRICO PUNTUAL (PIT O CHIP SAMPLING) IX.

LA TOMA DE MUESTRAS POZOS TRINCHERAS (CALICATAS) SONDEOS

X.

BIBLIOGRAFIA

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I.

INTRODUCCION

A lo largo de estos capítulos hemos estudiado el porqué y cómo se prospectan los yacimientos minerales. En éste entraremos a analizar lo que ocurre una vez que hemos encontrado un depósito mineral. Aquí estudiaremos los aspectos más básicos de una de las labores más complejas y de mayor riesgo económico en las que puede verse implicado un geólogo: los tipos de muestreos en minería.

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II.

EL MUESTREO DE MINERALES Se llama muestreo a una porción de mineral que se toma dentro de la estructura del yacimiento el que debe ser proporcional y representativa del volumen del yacimiento con el que realiza técnicas adecuadas para obtener sus valores promedios.

Muestra es una parte ó porción extraída de un conjunto por métodos que permiten considerarla como representativa del mismo.

Muestreo es la acción de recoger muestras representativas de la calidad ó condiciones medias de un todo ó la técnica empleada en esta selección ó la selección de una pequeña parte estadísticamente determinada para inferir el valor de una ó varias características del conjunto.

Muestreo.- Todo pozo debe ser muestreado por testigos o por muestras de cutting. Éstas, más comunes y frecuentes, son colectadas cada dos metros, tanto en los basaltos como en las areniscas. Las muestras deberán ser colectadas preferentemente de la zaranda vibratoria o en el desarenador, con una frecuencia de una muestra cada dos metros, debiendo tenerse en cuenta el tiempo de retorno del fluido desde el fondo hasta la superficie. Las muestras deberán lavarse el mínimo posible para no perder los finos, y colocadas en cajas anotando su respectivo intervalo, para que al secarse puedan ser acondicionadas en recipientes plásticos adecuados.

Población ó lote: es el conjunto completo de observaciones que deseamos Estudiar.

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El muestreo estadístico es diferente del muestreo de minerales: • En el muestreo estadístico, el lote ó población está compuesto por objetos de igual peso. En el muestreo de minerales, el lote está compuesto de objetos de diferentes pesos. Figura I.1: Muestreo estadístico y muestreo de minerales.

III.

CONCEPTOS

IMPORTANTES

EN

TEORIA

DEL

MUESTREO

PROBLEMA PRINCIPAL Casi todas las decisiones que se hacen respecto de un Proyecto Minero,

desde la Exploración hasta el cierre de la mina, están basadas en valores obtenidos de material muestreado. Estas decisiones significan millones de dólares.

Ejemplo: Pozos de tronadura en una mina a cielo abierto: En un pozo de tronadura el material acumulado (detritus de la perforación) puede ser enorme, lo que obliga a tomar una muestra. Sea un depósito minero, con densidad de 2.5 ton/m3 en una malla de perforación de 10m*10m, con altura de 6 bancos de 15 m., con diámetro de perforación igual a 25cm. La cantidad de material acumulado, en toneladas, es: GEOESTADISTICA

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Tons=π d 2hδ / 4=3.14*0.252*15* 2.5/ 4 = 1.8 toneladas

Tratemos de encontrar ahora el valor económico que representa una decisión basada en una muestra de un pozo, para ello calculemos el tonelaje que representa una muestra, asumiendo un área de influencia igual a la malla de perforación (figura I.3), expresando el tonelaje en libras (se utiliza un factor de 2,204) y en onzas (se utiliza un factor de 32,150.75): Tonelaje = 10*10*15*2.5 = 3,750 toneladas Tonelaje = 3,750*2,204 = 8,265,000 libras Tonelaje = 3,750*32,150.75 = 120,565,312 onzas a) Caso de un depósito de cobre de 1% CuT (con un precio de 0.70 US$/libra): GEOESTADISTICA

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La figura II.1 resume el problema principal del muestreo: estimar la media

de una población (con N elementos) ó lote (de tamaño ML) a partir de una muestra (de tamaño n ó MS): Figura: El problema principal del muestreo.

En general, el muestreo exhaustivo, es decir tomar los N datos ó la masa total ML (llamado a veces censo) es muy difícil y de alto costo. En Estados Unidos, los muestreos de gobierno toman muestras de 105,000 personas, es decir 1 persona cada 1,240 personas. Figura Muestreo de minerales quebrados.

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IV. 

CARACTERISTICAS DE UN MUESTREO El muestreo se emplea en explotaciones, desarrollos, exploraciones y cubicación de reservas.



En las exploraciones depende del sistema.



En perforaciones de diamantina se realiza mediante testigos. Afloran mediante trincheras o canales.



En galería mediante canales perpendiculares al eje de la veta, en tajeos pueden ser por puntos o canales, por puntos se aplica cuando la potencia de la veta son mayores o muy potentes o anchos.



También se muestrea en las lamas que salen del taladro de perforación, estos deben ser representativas proporcionales y libres de contaminación

V.



PREMISAS PARA UN BUEN MUESTREO

Proporcionar valores representativos para el criadero del conjunto y para cada una de sus partes.



Dar a conocer la distribución espacial de las calidades.



Conducir a la delimitación del yacimiento tanto en horizontal como en vertical.



Un muestreo plantificado correctamente debe contemplar los siguientes aspectos:



Método a seguir en la toma de muestras.



Cantidad o peso de muestra a tomar en cada punto de la toma.



Lugar y frecuencia con que deben tomarse las muestras.



La toma de muestras de un conjunto heterogéneo entraña dificultades tanto mayores cuanto mas heterogéneo sea el conjunto. En este caso, ninguna muestra puede representar

a este conjunto, sino tan solo un dominio

parcial del mismo; en caso extremos, el dominio representado puede ser GEOESTADISTICA

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muy reducido o incluso coincidir exclusivamente con el volumen de la muestra. 

El volumen o espacio que representa la muestra tomada guarda estrecha relación con la distancia que debe mediar entre cada dos tomas sucesivas. Esta distancia debe estar establecida una vez conocido el tipo de variación de la característica que se investiga( la ley generalmente).

VI.

ETAPAS DE UN MUESTREO En todo muestreo, debe estar bien establecido lo siguiente: 1. Objetivo del muestreo. 2. Población a muestrear 3. Datos a recolectar 4. Manera de recolectar los datos 5. Grado de precisión deseado 6. Método de medida.

VII.

TIPOS DE UN MUESTREO a) MUESTREO SISTEMATICO.- las muestras se toman en forma regular en el espacio o en el tiempo

b) MUESTREO ALEATORIO.- Las muestras están aleatoria mente distribuidas en el espacio o en el tiempo

c) MUESTREO ESTRATIFICADO.- las muestras se distribuyen

en

diversas poblaciones que en sí mismas pueden considerarse homogéneas (capas, estratos). Se muestrea cada una de ellas independientemente GEOESTADISTICA

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COMO REGLA GENERAL CONVIENE UTILIZAR 

m ues treo s ist em ático : cuando no hay fluctuaciones periódicas o se van a

utilizar técnicas estadísticas 

mu estreo aleatorio : con métodos estadísticos



mu estreo estratificado : cuando existen

o pueden existir variaciones

periódicas

VIII.

METODOS DE MUESTREO

La toma de muestras es uno del proceso más complicado en la evaluación de un depósito mineral. Los métodos de muestro pueden dividirse en los siguientes grupos:

Muestreo por puntos 

Point o lump sampling



Puntual, pit o chip sampling



Grab sampling

Muestreo lineal 

Barrenos



Sondeos



Ranurado

Muestreo volumétrico 

Calicatas y pocillos



Planar o layer sampling

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Muck sampling



Bulk sampling

Puntual (pit o chip sampling) 

Es un método utilizado fundamentalmente en minería subterránea.



Aunque también se utiliza en las explotaciones a cielo abierto.

Grab sampling 

Consiste en tomar una muestra de gran tamaño de la superficie de una pila de mineral arrancado en el frente (mediante perforación y voladura).



No obstante, con frecuencia la parte superior de la pila no es accesible tras la voladura lo que obliga a tomar la muestra de las vagonetas, camiones o cintas transportadoras que sacan el mineral de la mina.

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Barrenos 

Los barrenos son los sondeos que se hacen en las explotaciones mineras con objeto de introducir en ellos los explosivos que fragmentan la roca



El análisis de los ripios obtenidos de los barrenos se realizan para el control de leyes en los frentes

Sondeos 

Los sondeos de investigación minera se realizan principalmente para obtener muestras del subsuelo

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En función del método de perforación empleado las muestras pueden ser de dos tipos:



Ripios o detritus de perforación:



Los ripios de perforación son los fragmentos de roca arrancados por la herramienta cortante situada en el fondo del sondeo

Testigo co ntin úo

Las muestras de testigo continuo se obtienen mediante perforación rotativa con corona de diamante

Ranurado 

Consiste en extraer la muestra de una ranura abierta en el mineral con martillo o maza y escoplo.



La muestra debe tomarse orientada en la dirección de mayor variación de la característica a medir, normalmente la ley del mineral.

Calicatas y pocillos 

Se trata mas de un sistema de aproximación al punto de toma de muestra que de un método de muestreo en si.



Consiste en la excavación, por medios manuales, mecánicos o mediante explosivos

Planar o layer sampling 

Limpiar el material aluvial ó suelto.



Efectuar una trinchera que corte la veta.



Extraer la muestra con punta de acero y combo mediante un canal de 10 cm de ancho por 2 cm. de profundidad.

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IX.

LA TOMA DE MUESTRAS

En esta sección no nos centraremos en lo que es la toma de muestras rutinaria para la cartografía, o una campaña geoquímica, sino que estudiaremos las metodologías concretas que se utilizan sobre las zonas más interesantes de un prospecto. Una vez localizado un blanco dentro de un prospecto lo que procede es pasar a la etapa de estudio de detalle del mismo. Durante esta fase, la toma de muestras cobra especial relevancia. Esta la llevaremos a cabo mediante tres metodologías: 

Pozos.



Trincheras (calicatas).



Sondeos.

LOS POZOS Y TRINCHERAS.- se realizan ahí donde el terreno lo permite (fácil de excavar), y se realizan normalmente mediante métodos mecánicos. Estas constituyen técnicas preliminares, en un prospecto, o pueden ser utilizadas de complementaria durante la fase de sondeos. Los pozos son muy comunes en la exploración de placeres auríferos; con maquinaria especializada se pueden alcanzar profundidades de hasta unos 13 m.

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Excavador hidráulico Poc lain 160 ; permite alcanzar una profundidad en el pozo es de unos 12-13 m. LAS TRINCHERAS.- se utilizan para obtener muestras y cartografiar en detalle. La excavación puede realizarse con una retroexcavadora o un bulldozer, pudiéndose alcanzar profundidades de hasta 4 m.

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Geólogo trabajando en una trinchera. Note los bancos de seguridad (safety batters ) para minimizar el riesgo de derrumbes.

La toma de muestra suele realizarse por roza continua ( channel sampling ), abriéndose un canal (roza) con la ayuda de una sierra eléctrica, martillo neumático, o martillo geológico. La idea es que el canal tenga unos 5 cm de ancho, y sea tan largo para la toma de la muestra como continua sea la geología. Es decir, si hay cambios litológicos o mineralógicos importantes, deberemos empezar la toma de una nueva muestra a lo largo del canal:

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Aunque este ejemplo es para un frente de galería en una mina subterránea, sirve igual para los propósitos del tema trincheras. Note que la roza continua de muestreo se ha realizado perpendicular a la estructura, y que tendremos tantas muestras continuas (1 a la 5) como cambios litológicos o mineralógicos son observados. Deberemos localizar en nuestro mapa de la trinchera la localización de la roza de muestreo, así mismo marcando las distancia de cada muestra continua. Existen diversas maneras de disponer los sondeos sobre un blanco de exploración. Si la investigación tiene carácter muy preliminar (determinar si hay o no mineralización) entonces se pueden hacer unos pocos sondeos dispuestos geométricamente con criterio geológico. En el caso de que estemos en una etapa más avanzada del proceso de evaluación del prospecto, dispondremos los sondeos según una malla que nos permita obtener una información homogénea de la zona bajo estudio. Las mallas más típicas son las de tipo cuadrada y triangular. En cualquier caso, la decisión sobre el tipo de malla e inclinación de los sondeos obedecerá a criterios estrictamente geológicos . Repitámoslo una vez más, si no tenemos clara la geología no tenemos claro nada. Como regla general en el caso de cuerpos regulares (e.g., filones), la disposición y secuencia de sondeos es la siguiente:

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A la izquierda podemos observar la disposición de sondeos del tipo DDH (ver más adelante: sondeos con recuperación de testigo), para estudiar un cuerpo regular delimitado por una anomalía en superficie. A la derecha podemos observar la misma situación en un corte. Dado que se ha determinado que el cuerpo mineralizado se dispone E-W, buzando 50º S, los sondeos se dispondrán con una inclinación de 40º N. Primero se llevarán a cabo los sondeos 1 y 2. Si la cosa va bien (leyes y mineralogía interesantes), pasaremos a la posición 3, y si la cosa continua bien (el geólogo está ahí mismo para testificar los sondeos "a pié de sondeadora"), se continuará con la secuencia que se presenta en la figura. En el caso de cuerpos irregulares la situación es mucho más compleja, y el geólogo deberá determinar la mejor manera de intersectar en profundidad un cuerpo cuya morfología sólo puede intuir en base a la información geológica. Veamos el siguiente ejemplo:

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Disposición de sondeos del tipo DDH para estudiar un cuerpo de geometría irregular. Recuerde que el geólogo solo contará con las intersecciones de los sondeos con el cuerpo mineralizado (segmentos en negro) para delimitar la geometría del cuerpo. Por un momento solo visualice las intersecciones y vea difícil que puede ser el proceso. LOS SONDEOS.- pueden ser diversos tipos, dependiendo del tipo de terreno y la calidad de información que queramos obtener. Entre los distintos tipos de sondeos tenemos los siguientes:

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



Hélice (auger drilling ). Percusión-rotación (dow n-the-hole: DTH ). Recuperación de testigo = diamente = diamantina (diamon d drill hole: DDH ).



Aire reverso (circulación reversa; reverse circulation: RC ).

Los sondeos de hélice son los más simples, y pueden ser realizados manualmente o con máquinas montadas en vehículos. Se realizan en terrenos de fácil penetración, y pueden alcanzar profundidades de hasta unos 60 m, siendo 30 m una profundidad común. El diámetro normal es de unos 5-15 cm:

Realización de un sondeo tipo hélice (auger drilling ). Los sondeos de percusión-rotación son realizados con un martillo accionado neumáticamente, al que se le imprime un movimiento vertical y rotacional. La herramienta (martillo) suele ser carburo de tungsteno, permiten diámetros de hasta 20 cm, y pueden penetrar hasta unos 200 m. Dependiendo del tipo de roca, se pueden perforar hasta unos 100-150 m en unas 8 horas. Si bien su coste es bajo (comparado con la de recuperación de testigo), la información geológica que entrega es pobre, ya que ésta consiste tan solo en la gravilla ( cuttings) que sube GEOESTADISTICA

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por las paredes de la perforación a medida que se inyecta aire a presión por las varillas (rods). Su principal uso es para la determinación de leyes. Otro problema que presentan es la contaminación: los materiales que ascienden se pueden contaminar con otros, de tramos superiores, que han caído por efectos del movimiento de la varillas:

Percusión-rotación (down-the-hole: DDH). Observe como se inyecta aire a presión (flechas descendentes) por las varillas (r o d s ). Al llegar al fondo, el aire transporta en suspensión hacia arriba (flechas ascendentes) al material desmenuzado (c u t t i n g s ) que se encuentra en el fondo de la perforación. Los sondeos con recuperación de testigo son caros pero proporcionan gran información geológica. Los precios son de alrededor de US$ 100 (€ 110) por metro perforado. La herramienta de corte es un tubo hueco con una corona de diamante en la cabeza, siendo los diámetros más comunes: 2.17 - 6.35 cm. Se pueden perforar hasta 10 m por hora. La herramienta gira y corta un testigo de roca (testigo) a medida que profundiza. Dicho cilindro de roca queda contenido dentro del tubo portatestigo. A medida que se profundiza, se van agregando varillas al sistema. El problema es que cuando el portatestigo está lleno (3 m), hay que GEOESTADISTICA

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retirar el varillaje que se ha ido agregando progresivamente. Cuando se han perforado muchos metros, por ejemplo, más de 100, toma tiempo recuperar el tubo portatestigo, y recordemos, el tiempo es dinero. Para remediar esto se puede utilizar un tubo portatestigo conectado con un cable a superficie ( wireline core barrel ), pero en ese caso, el diámetro del testigo será inferior.

Esquema del tubo portatestigo.

Al centro, sondeadora DDH. Los sondeos por aire reverso son muy populares, y están en uso desde los años 70. El sistema permite la recuperación de cuttings por inyección de aire o agua a GEOESTADISTICA

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través de un sistema de pared doble, que evita los problemas de contaminación que se producen en el sistema percusión-rotación. Son de gran velocidad y en algunos casos pueden ser implementados como sistemas duales RC/DDH.

Aire reverso. Note como el aire/agua entra por un sistema interno de doble pared (flechas descendentes) y regresa con los c u t t i n g s a superficie por el

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interior (flechas ascendentes), lo que evita la contaminación que suele producirse en el sistema percusión-rotación. QUÉ SE HACE CON UN TESTIGO? Los primeros estudios se llevan a cabo "a pié de sondeadora", luego los testigos son enviados a una nave donde se almacenan y pueden ser estudiados en detalle. Una mitad (sección longitudinal) suele destinarse para análisis químicos (determinación de leyes). Con la otra mitad del testigo el geólogo estudiará la litología, mineralogía, en parte algunos rasgos estructurales, y el RQD

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X.



BIBLIOGRAFIA

Evans, A.M. (Ed.). 1995. Introduction to mineral exploration. Blackwell Science, Oxford, 396 pp.

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Marjoribanks, R. 1997. Geological methods in mineral exploration. Chapman & Hall, London, 115 pp.

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