Trabajo de Piques vs Rampas Costos

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

DE

PIQUES vs RAMPAS

(COSTOS)

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DE PIQUES vs RAMPAS

COSTOS

1. INTRODUCCIÓN

Desde la antigüedad, el hombre viene explotando los recursos minerales que la naturaleza le ofrece. Generalmente, la metodología más barata consiste en la explotación desde superficie de los afloramientos de mineral con el sistema conocido por cielo abierto.

Otras veces, la disposición de la capa o del filón de mineral obliga a su explotación subterránea. Mientras el mineral no se encuentre a excesiva profundidad, el método de extracción de mineral más habitual es por ejecución de rampas, galerías y túneles que permitan el acceso hasta la zona de minado.

Hay momentos en que esta distancia se hace excesiva debido a la profundidad a la que empieza a encontrarse el mineral. Esto se acentúa aún más cuando los sondeos diamantinos que se efectúan desde dentro de las explotaciones acceden a nuevas zonas aun más profundas en las cuales el mineral está presente. Llegado este momento, uno se ve obligado a replantear el sistema de extracción. La alternativa más usual es emplear un sistema de pique vertical que permite el acceso de los operarios a las zonas más profundas de un modo más rentable y rápido, extrayendo el mineral por izado de vagones o Skip, bien hasta superficie, bien hasta niveles intermedios.

Por ello es frecuente que ciertas minas, a medida que transcurren los años y ven que sus reservas minerales van quedando cada vez más profundas, se replanteen la sustitución de su sistema de extracción habitual por el de izado por piques.

También cabe comentar que las técnicas actuales de exploración mediante sondeos diamantinos que alcanzan grandes distancias permiten cubicar las reservas existentes más profundas y con mayor exactitud, pudiéndose por tanto planificar la mina con más rigor y decidir de antemano qué tipo de equipamiento va a ser el más adecuado para la extracción del mineral durante toda la vida de la mina.

2. GENERALIDADES

Los piques son labores verticales que sirven de comunicación entre la mina subterránea y la superficie exterior con la finalidad de subir o bajar al personal, material, equipos y el mineral.

La construcción se hace normalmente de arriba para abajo, por método de bancos de tal manera que se perfora y dispara la mitad de la superficie del fondo del pique y esta operación se hace en forma alternada hasta su terminación. Las paredes del pique se disparan con Smoth Blasting (voladura controlada) para conseguir una pared lisa o superficie plana.

La sección puede ser circular o rectangular, dependiendo del diseño. Puede tener dos o más compartimentos, los que dependen de la capacidad y de las instalaciones con que cuenta la operación, por lo que cada sección puede ser:

 Para la jaula y su contrapeso  Para los baldes o Skips

 Para tuberías de agua, aire, relleno.  Para cables eléctricos

3. TIPOS DE PIQUES

3.1. PIQUES VERTICALES:

 Es una labor que tiene una inclinación superior a 45º, y que puede usarse para la extracción de personal y mineral.

3.1.1. POSICIÓN DEL PIQUE RESPECTO A LA VETA Se pueden presentar las siguientes alternativas:

 Al pendiente

 Interceptando la veta  Al yacente

PIQUE EN EL PENDIENTE (Fig. N° 1)

Ventajas

 Desarrollo ordenado, buenos pilares de protección.  Permite encontrar vetas paralelas

Desventajas

 Costo excesivo, debido al desarrollo en estéril.

 Deslizamiento, al encontrar la veta. Se pierde estabilidad y el control del terreno.

 Se puede llegar a perder el pique.

PIQUE INTERCEPTANDO LA VETA (Fig. N° 2)

Ventajas.

 Fácil acceso al yacimiento. Genera rápido el flujo de caja.  El costo de desarrollo inicial es menor.

 El desarrollo es más armónico en los niveles Desventajas.

 Problema de control del terreno  Pilares de protección en mineral  Alto costo de mantención.

PIQUE AL YACENTE (Fig. N° 3)

Ventajas.

 Tiene mayor preferencia.

 Seguridad y extracción más fácil aprovechando la gravedad.  Más económico con respecto a los anteriores.

Fig. Nº 1

Fig. Nº 2

Desventajas.

 A mayor profundidad, mayor será el avance por estéril. 3.2. PIQUES INCLINADOS

 Pique inclinado por la veta  Pique inclinado por la yacente

3.2.1. PIQUE INCLINADO POR LA VETA  Es caro en su construcción y poco eficiente.

 Su inclinación puede ser uniforme, lo que nos dice que puede tener una mayor capacidad de extracción.  Las irregularidades de la veta entorpecen el transporte, cambios bruscos aumentan los costos de extracción y

disminuye su capacidad por una velocidad de arrastre menor.  Requiere dejar pilares de protección para el pique.

3.2.2. PIQUE INCLINADO POR LA YACENTE

 El manteo variable hace imposible la inclinación uniforme por el yacimiento y debe ubicarse en el yacente por estéril.

 Carguío directo, poca mantención (poca fortificación), ya que si es por mineral, en las cajas del mineral hay un mayor peligro de derrumbes.

 Es caro, requiere estocadas estaciones en la roca

 No entrega informaciones del yacimiento, por correrse en estéril. 4. DISEÑO DE PIQUES

4.1. PARÁMETROS INICIALES

Primero se realiza una campaña de exploración para evaluar las reservas del yacimiento. A continuación se interpretaron los mismos y se hizo un estudio geológico detallado y un modelo del yacimiento con las zonas susceptibles de ser explotados.

Una vez definido el yacimiento, se procedieron a estudiar los diferentes sistemas de extracción posibles, analizando sus ventajas, inconvenientes y posibles inversiones.

En cuanto al personal y materiales, iban a ser introducidos y extraídos por jaula a través de un pique vertical.

En la figura Nº 1 se muestra la zona mineralizada

Ahora que se tiene la zona mineralizada se procede a evaluar el método de extracción más óptimo analizando costos de operación. Se dan tres métodos de extracción rampa y camiones, pique vertical o un pique inclinado.

Para extraer el mineral de mina subterránea en yacimientos que no tiene encampane, se tendrá que construir un pique, el que va a variar en longitud y la capacidad del tonelaje de extracción.

Figura Nº 1

4.2. EVALUACIÓN DEL MÉTODO DE EXTRACCIÓN

Teniendo la zona mineralizada se procede a evaluar el método de extracción de los minerales de la veta:

4.2.1. RAMPA Y CAMIONES

El método de extracción por rampa y camiones nos puede ser útil hasta un nivel pero de ahí para adelante ya sería muy costoso como vamos a ver más adelante en una evaluación económica.

En la figura Nº 2 se muestra un sistema de rampas para esta veta.

4.2.2. PIQUE VERTICAL

Ahora evaluamos la construcción de un pique vertical, hay que señalar q el diseño de un pique depende mucho del tonelaje q se quiere transportar este pique vertical está diseñado para extraer 6 Ton en su Skip. En la figura se muestra un perfil longitudinal del pique vertical interceptando la veta.

4.2.3. PIQUE INCLINADO

Como ya se menciona anteriormente este tipo de pique viajando por toda la veta desde la superficie, este pique está diseñado para extraer 9 Ton de mineral con dos Skips uno de ida otro de vuelta.

En la figura se muestra el perfil longitudinal del pique inclinado.

Este es un pique inclinado de forma rectangular que viaja por toda la veta, su diseño se muestra en la siguiente figura.

4.3. DISEÑO DEL PIQUE

Para los efectos del diseño se está considerando lo siguiente:

Sección rectangular de excavación 3.60 x 5.50 m, a separación vertical (set) de 2,0 m, estructura de madera con tres compartimentos; 2 para los Skips y 1 para el camino y servicios.

Se escoge la sección rectangular debido a las siguientes razones:

 Máximo aprovechamiento del área excavada.

 Tamaño de los compartimentos nos permite colocar Skips acorde a nuestras necesidades  Proceso de excavación y armado de set rápidos.

 Fácil acceso para reparaciones y mantenimiento. 4.3.1. PARÁMETROS DE DISEÑO

Se ha tomado en cuenta lo siguiente:

Propósito del pique: El principal propósito es la extracción del mineral y desmonte. También nos servirá para

servicios (de personal, agua, aire, cables eléctricos).

Localización: Para ello, en primer lugar, hemos establecido lo siguiente:

 Situación de la superficie de la mina.

 Ubicación, profundidad y extensión del mineral.  Número de niveles de trabajo.

 Accesibilidad del mineral y desmonte.  Estabilidad del terreno.

 El futuro plan de expansión del pique.

Tamaño de los compartimientos: Para determinar el tamaño más adecuado se han listado los materiales que van

a ser transportados, en nuestro caso, mineral, desmonte y el personal. Otro factor tomado en cuenta lo constituyen las áreas para servicios como son líneas de agua, aire, cables eléctricos y de comunicación, otro es el área para camino. El material usado es viga de madera pino Oregón de 8” x 8”.

Forma exterior: Una forma rectangular, set espaciados a cada 2,0 m, siempre y cuando el terreno sea

competente y en este caso es posible realizar un revestimiento con Shotcrete, de los datos obtenidos al loguear los testigos y por las recomendaciones del estudio geomecánico.

Forma interior: El arreglo interior del pique se ha diseñado teniendo en cuenta el número y tamaño de los

compartimentos requeridos la orientación y la forma exterior del pique.

“A continuación se presentara porque se decidió elegir el pique inclinado y no el vertical o el sistema de

camiones y rampa todo tiene que ver con un aspecto muy importante, COSTO.” 5. EVALUACIÓN ECONOMICA

Inversión INVERSION ALTERNATIVA RAMPA Y CAMIONES PIQUE VERTICAL PIQUE INCLINADO INGENIERIA 20 000 280 000 205 000 EXCAVACION 1 761 000 2 073 834 2 237 935 OBRAS CIVILES 0 59 568 95 628 EQUIPOS 2 725 000 1 606 050 1 576 623 TRANSPORTE Hz 0 400 768 21 652 EQUIPOS ELECTRICOS 0 74 000 98 000 EQUIPAMIENTO PIQUE 0 350 000 320 150 TOTAL 4 506 000 4 844 219 4 554 988 CONTINGENCIAS (10%) 450 600 484 422 455 499 TOTAL 4 956 600 5 328 641 5 010 487

Costo por Tonelada

ALTERNATIVA COSTO PROMEDIO POR TON TRANSPORTADA

OPERACIONAL INVERSION TOTAL

RAMPA Y CAMIONES 2.01 0.56 2.57 PIQUE VERTICAL 0.95 0.6 1.55 PIQUE INCLINADO 0.81 0.57 1.38 Resumen de costos ITEM ALTERNATIVA RAMPA YA CAMIONES PIQUE VERTICAL PIQUE INCLINADO

COSTO OPERACIONAL (US$) 8 344 012 4 563 264 3 966 520

COSTO INVERSION (US$) 2 990 192 4 036 475 3 658 940

TOTAL (US$) 11 334 205 8 599 739 7 625 460

DESEMBOLSO EN 12 AÑOS (US$) 22 639 635 13 651 519 12 153 395

5.1. ANALIZANDO COSTOS DE LOS CUADROS MOSTRADOS SE DEDUCE LO SIGUIENTE:  Si las reservas de mineral solo alcanzaran hasta el nivel –17, entonces la mejor opción sería mantener el

sistema con rampa y camiones.

 El pique inclinado es la mejor opción debido al plunge del cuerpo mineralizado, lo cual reduce el transporte horizontal significativamente.

 La opción del pique inclinado es 15% más barato que el de pique vertical y 35% más barato que el sistema con rampa y camiones.

6. VOLADURA EN CONSTRUCCION DE PIQUES

Los métodos de ejecución de piques pueden dividirse en tres grupos:

 Método de banqueo  Método de espiral

6.1. MÉTODO DE BANQUEO

Este método es adecuado para piques de sección cuadrada o rectangular. Consiste en perforar en cada pega la mitad del fondo del piso, que se encuentra a una mayor cota, dejando la otra mitad para la recogida de aguas, si fuera necesario, o como hueco libre.

Las voladuras actúan como en pequeños bancos con un frente libre, desplazando el material hacia el hueco de la pega anterior.

El sistema de perforación suele ser manual con martillos neumáticos.

6.2. MÉTODO DE ESPIRAL

Se aplico inicialmente en Suecia y consiste en excavación el fondo del pique en forma de una espiral, cuya altura de paso dependerá del diámetro del pique y el tipo de terreno a fragmentar. Dentro de cada corte se vuela una sección de la espiral con un ángulo lo suficientemente grande como para que el tiempo que exige realizar un corte completo coincida con un múltiplo entero del tiempo de trabajo disponible.

Los barrenos en cada radio se perforan paralelos y con la misma longitud, ya que siempre existirá una cara libre que en cada posición desciende.

Además de las ventajas de rendimiento y costos que presenta este método, otras particularidades interesantes son que pueden sincronizarse la longitud del corte en función de la organización del trabajo, son sencillos los esquemas de perforación y sistemas de voladura y no se necesitan perforistas con mucha experiencia.

Por último, como el escombro siempre queda en la parte más profunda el equipo de carga puede trabajar con un alto rendimiento.

6.3. MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA

Los métodos de sección completa se utilizan con mucha frecuencia en la excavación de piques tanto sección rectangular como circular.

Las técnicas de disposición de los barrenos son diversas, pues de forma similar a lo que sucede en el avance de túneles y galerías, es necesario crear inicialmente con algunos barrenos una superficie libre, a no ser que se disponga de un taladro de gran diámetro o chimenea de expansión. Los tipos de voladuras empleadas son: con cuele en “V” cónico, paralelo y con barreno de expansión.

7.1. DISEÑO DE ANILLOS CON BARRENOS VERTICALES

En la siguiente sección un procedimiento pasó por paso para el diseño de este tipo de tiros.

7.1.1. DETERMINACIÓN DEL BORDO

El bordo para la voladura de un tiro se determina de la misma manera que en una superficie.

e r e

_D

SG

SG

B

_















0

.

012

2

1

.

5

Donde: B = BORDO (m)

SG. = GRAVEDAD ESPECÍFICA O DENSIDAD DE EXPLOSIÓN (g/cm3) SG, = GRAVEDAD ESPECÍFICA O DENSIDAD DE LA ROCA (g/cm3)

7.1.2. NÚMERO DE ANILLOS

1

2























_



B

B

B

R

N

SH R Donde: NR = NÚMERO DE ANILLOS RSH = RADIO DE TIRO (m)

7.1.3. BORDO REAL

1

2

2





R SH A

N

R

B

7.1.4. ESPACIAMIENTO DE LOS BARRENOS EN CADA ANILLO (ESTIMADO)

S = B

Donde:

S = ESPACIAMIENTO (m) B = BORDO (m)

7.1.5. NÚMERO DE BARRENOS POR ANILLO

S

R

N

_H



2

R



Donde:

NH= NÚMERO DE BARRENOS POR ANILLO.

RR= RADIO DE ANILLO (m)

S = ESPACIAMIENTO (m)

7.1.6. ESPACIAMIENTO REAL POR ANILLO

H R

N

R

s



2



7.1.7. PROFUNDIDAD DE AVANCE L = 2 B Donde: L = AVANCE (m) B = BORDO (m) 7.1.8. SUB BARRENACION J = 0.3 B 7.1.9. TACO T = 0.5 B

7.1.10. ÁNGULO DE AJUSTE LO =0.1 + H(TAN 2º ) Donde: LO = ÁNGULO DE AJUSTE (m) H = PROFUNDIDAD DE BARRENO (m) 7.1.11. TIEMPO DE RETARDO

Mínimo 100 – 150 ms o retardos LP por anillo o retardos en espiral hacia fuera.

8. EJEMPLO

8.1. INFORMACIÓN DADA:

 DIÁMETRO DE TIRO = 7.0 m  DENSIDAD DE LA ROCA = 2.6 g/cm3  DENSIDAD DEL EXPLOSIVO = 1.3 g/cm3  DIÁMETRO DE LA CARGA = 38 mm BORDO (IDEAL) e t e

D

SG

SG

B

_















0

.

012

2

1

.

5

38

5

.

1

6

.

2

3

.

1

2

012

.

0













_



x

B

NÚMERO DE ANILLOS

1

2





_









_



B

B

R

N

SH R

4

1

14

.

1

2

14

.

1

5

.

3

















_



R

N

BORDO (REAL)

m

x

x

B

N

R

B

A R SH A

1

1

4

2

35

2

1

2

2













ESPACIAMIENTO S = B = 1m

NÚMERO DE BARRENOS POR ANILLO:

Anillo1

3

.

14

3

1

5

.

0

2

1









x

x

N

_H Anillo2

9

.

42

9

1

5

.

1

2

2









x

x

N

_H Anill3

15

.

7

15

1

5

.

2

2

3









x

x

N

H Anillo4

21

.

99

22

1

5

.

3

2

4









x

x

N

_H

TOTAL DE BARRENOS / VOLADURA = 49 BARRENOS / VOLADURA

ESPACIAMIENTO REAL POR ANILLOS

Anillo1

m

N

R

S

H R

₁

_.

₀₄

3

14

.

3

2

_

_





Anillo2

m

N

R

S

H R

04

.

1

9

42

.

9

2









Anill3

m

N

R

S

H R

₁

_.

₀₄

15

7

.

15

2









Anillo4

m

N

R

S

H R

₁

_.

₀₀

22

99

.

21

2









PROFUNDIDAD DE AVANCE L = 2 B = 2 X 1 = 2 m SUB – BARREACIÓN J = 0.3 B = 0.3 X 1 = 0.3 m TACO T = 0.2 B = 0.5 X 1 = 0.5 m

ÁNGULO DE AJUSTE

LO = 0.1 + 2.3 (tan 2º) = 0.1 + 2.3 x 0.035 = 0.18 m TIEMPO DE RETARDO

Utilice 4 periodos de retardos LP o retardos progresivos en los anillos.

EXPLOSIVO TOTAL:

Kg

x

x

x

Exp

x

x

x

Exp

de

x

PC

x

N

Exp

_HT

130

3

.

1

134

.

1

8

.

1

49

3

.

1

4000

38

)

5

.

0

3

.

2

(

49

2

























VOLUMEN TOTAL 3 2 2

97

.

76

14

.

3

2

5

.

3

x

x

m

H

R







FACTOR DE CARGA 3 3

1

.

7

97

.

76

130

m

Kg

m

Kg

PF





FOTO DE INTERIOR DEL PIQUE

Como se puede observar hay presencia de dos rieles y una escalera.

10. CONCLUSIONES

 Como se puede observar en el análisis comparativo, la mejor opción es la de la construcción de un pique inclinado ya que nos arroja un valor presente neto mayor que el de pique vertical y de las rampas.

 Al tener un pique, además de la extracción de mineral y desmonte, transporte de personal y materiales, lo podemos usar como un medio de ventilación ya que el aire fresco ingresará a la mina.

 Se escogió una sección rectangular. Para un máximo aprovechamiento del área mantenimiento.

 El objeto de la construcción del pique es contar con un sistema eficiente de extracción de mineral y desmonte, transporte de personal y movimiento de materiales o maquinarias mediante izaje por Skips y jaula, con el propósito de cumplir las expectativas de producción actual y a futuro.

 El costo de ejecución netamente de pique inclinado es menor comparado con el sistema de rampas y pique vertical, además de que el tiempo de ejecución es menor.

 Comparando costos, vemos que teniendo un pique nuestros costos US$/tcs son mucho menores, aproximadamente en 15 % en comparación con el pique vertical y 36 % comparado con el de rampas y camiones.