Departamento de Ingeniería en Minas Universidad de Santiago de Chile
Sr. Bernardo Reyes C.
2005
Métodos de ExplotaciónII
ÍNDICE CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
1.1 Introducción CAP 1-4
1.2 Exploración Minera CAP 1-4
1.3 Metodología de la Investigación Minera CAP 1-4
1.3.1 Pre-Exploración CAP 1-5
1.3.2 Exploración CAP 1-5
1.3.3 Evaluación CAP 1-5
1.4 Herramientas y Técnicas de Exploración Minera CAP 1-5
1.4.1 Recopilación de Información CAP 1-5
1.4.2 Teledetección CAP 1-6
1.4.3 Geología CAP 1-6
1.4.4 Geoquímica CAP 1-6
1.4.5 Geofísica CAP 1-7
1.5 Calicatas CAP 1-9
1.6 Sondeos Mecánicos CAP 1-9
1.7 Interpretación de Resultados CAP 1-10
1.8 Estimación de Reservas CAP 1-11
1.9 Muestreos CAP 1-13
1.9,1 Métodos de Muestreos CAP 1-13
CAPÍTULO II MINERÍA SUBTERRÁNEA
2.1 Introducción CAP 2-15
2.2 Evolución de la Infraestructura CAP 2-17
2.2.1 Galerías de Acceso y Puntos de Extracción CAP 2-17
2.2.2 La Minería Tradicional Compuesta por Piques y Vía Ferroviaria CAP 2-17
2.2.3 Minería con LHD CAP 2-18
2.2.4 El Pique y la Rampa CAP 2-18
2.3 Desarrollos Mina CAP 2-20
2.3.1 Desarrollos de Piques CAP 2-20
2.3.2 Galerías de Acceso y Rampas CAP 2-22
2.3.3 Excavaciones de Rocas en Labores Subterráneas CAP 2-23
2.3.4 Chimeneas CAP 2-25
2.4 Métodos de Explotación Subterráneos CAP 2-26
2.4.1 Room and Pillar CAP 2-27
2.4.1.1 Descripción CAP 2-27
2.4.1.2 Room and Pillar Clásico CAP 2-28
2.4.1.3 Post Room and Pillar CAP 2-29
2.4.1.4 Step Room and Pillar CAP 2-32
2.4.2 Sub Level Stoping CAP 2-32
2.4.3 Shrinkage CAP 2-36
2.4.4 Cut and Fill CAP 2-38
Métodos de ExplotaciónIII
2.4.6 Block Caving CAP 2-42
2.4.6.1 Descripción Método en Roca Secundaría CAP 2-43
2.4.6.2 Descripción Método en Roca Primaria CAP 2-45
CAPÍTULO III MINERÍA A RAJO ABIERTO
3.1 Definición CAP 3-49
3.2 Aplicación CAP 3-49
3.3 Objetivo Principal CAP 3-49
3.4 Descripción del Método CAP 1-49
3.5 Preparación del Plan Minero CAP 1-53
3.6 Consideraciones del Cociente Estéril/Mineral CAP 1-53
3.7 Botaderos CAP 1-54
3.8 Operaciones Mineras CAP 1-55
3.8.1 Perforación CAP 1-55
3.8.2 Tronadura CAP 1-57
3.8.3 Carguío Palas CAP 1-58
3.8.4 Transporte con Camiones CAP 1-60
3.9 Movimiento de Tierras CAP 1-63
3.9.1 Cargador Frontal CAP 1-63
3.9.2 Equipos Auxiliares CAP 1-64
3.9.2.1 Tractores CAP 1-64
3.9.2.2 Motoniveladoras CAP 1-65
Métodos de ExplotaciónIV
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
1.1 INTRODUCCIÓN
Los métodos de explotación no pueden entenderse sin conocer los trabajos previos realizados para encontrar el yacimiento. El método de explotación que se aplique será el mejor encontrado para extraer la mayor cantidad de reservas minerales de ese cuerpo mineralizado. Los métodos de explotación son la culminación de muchos esfuerzos realizados previamente, tanto en trabajo técnico cómo económico. Para llegar a esa instancia, fue necesario realizar antes una prospección, luego una exploración minera, estimar los recursos encontrados en calidad y cantidad, realizar estudios metalúrgicos para determinar el porcentaje de recuperación del mineral presente; con respecto al yacimiento: realizar estudios de la roca de caja y mineralizada, determinar tipo de minerales y sus leyes, identificar tipo de yacimiento, profundidad a la que se encuentra, conocer la geología del yacimiento y sus estructuras más importantes, estimar la presencia de agua, todo ello para determinar que métodos de explotación aplicar, para finalmente realizar una evaluación económica y ver la factibilidad de su explotación.
1.2 EXPLORACIÓN MINERA
La explotación de los yacimientos minerales, como veremos, es una actividad de alto riesgo económico, ya que supone unas inversiones a largo plazo que muchas veces se sustentan en precios del producto minero sujetos a altas oscilaciones. A su vez, la exploración supone también un elevado riesgo económico, derivado éste del hecho de que supone unos gastos que solamente se recuperan en caso de que la exploración tenga éxito y suponga una explotación minera fructífera. Sobre estas bases, es fácil comprender que la exploración supone la base de la industria minera, ya que debe permitir la localización de los recursos mineros ha explotar, al mínimo costo posible.
Para ello, debe cumplir dos objetivos básicos:
Identificar muy claramente los objetivos del trabajo a realizar Minimizar los costos sin que ello suponga dejar lagunas
Para ello dispone de una serie de herramientas y técnicas básicas, que son las que se sintetizan a continuación.
1.3 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN MINERA
La base de cualquier trabajo bien hecho es la planificación de las actividades a realizar. Esto es especialmente importante en la investigación minera, por las razones ya expuestas. Así, en Investigación Minera se suele subdividir el trabajo en tres etapas claramente diferenciadas, de forma que solamente se aborda la siguiente en caso de que la anterior haya cumplido satisfactoriamente los objetivos previstos. Aunque pueden recibir distintos nombres, en términos generales se trata de una fase de preexploración, una de exploración propiamente dicha y otra de evaluación. Si incluso ésta última alcanza los resultados previstos se realiza un estudio de viabilidad económica.
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1.3.1 Preexploración: Tiene por objeto determinar si una zona concreta, normalmente de gran extensión, presenta posibilidades de que exista un tipo determinado de yacimiento mineral. Esto se establece en función de la información de que se dispone sobre ese tipo de yacimiento y sobre la geología de la región de estudio. Suele ser un trabajo fundamentalmente de gabinete, en el que se contará con el apoyo de información bibliográfica, mapas, fotos aéreas, imágenes de satélite, etc., aunque puede incluir alguna salida al campo para reconocer las zonas de mayor interés.
1.3.2 Exploración: Una vez establecidas las posibilidades de la región estudiada, se pasa al estudio sobre el terreno. En esta fase se aplicará las diversas técnicas disponibles para llevar a cabo de forma lo más completo posible el trabajo, dentro de las posibilidades presupuestarias del mismo. Su objeto final debe ser corroborar o descartar la hipótesis inicial de existencia de mineralizaciones del tipo prospectado.
1.3.3 Evaluación: una vez que se ha detectado una mineralización de interés minero, es decir, en la que se observan caracteres que permiten suponer que pueda llegar a ser explotada, se pasa a llevar a cabo su evaluación o valoración económica. A pesar de lo que pueda parecer, los datos de ésta no son aún concluyentes, y debe ir seguida, en caso de que la valoración económica sea positiva, de un estudio de viabilidad, que contemple todos los factores geológicos, mineros, sociales, ambientales, etc., que pueden permitir (o no) que una explotación se lleve a cabo.
Para cumplir con cada uno de estos objetivos se dispone de una serie de herramientas, unas para aplicar en campo y otras en gabinete.
1.4 HERRAMIENTAS Y TÉCNICAS DE EXPLORACIÓN MINERA
La exploración minera se basa en una serie de técnicas, unas instrumentales y otras empíricas, de costos muy diversos. Por ello, normalmente se aplican de forma sucesiva, solo en caso de que el valor del producto sea suficiente para justificar su empleo, y solo si son necesarias para complementar las técnicas que ya se hayan utilizado hasta ese momento. Las técnicas serían las siguientes:
1.4.1 Recopilación de información
Es una de las técnicas preliminares, de bajo costo, que puede llevarse a cabo en la propia oficina, si bien en algunos casos supone ciertos desplazamientos, para localizar la información en fuentes externas (bibliotecas, bases de datos…). Consiste básicamente en recopilar toda la información disponible sobre el tipo de yacimiento prospectado (características geológicas, volúmenes de reservas esperables, características geométricas…), así como sobre la geología de la zona de estudio y de su historial minero (tipo de explotaciones mineras que han existido, volumen de producciones, causas del cierre de las explotaciones…). Toda esta información nos debe permitir establecer el modelo concreto de yacimiento a prospectar y las condiciones bajo las que debe llevarse a cabo el proceso de prospección.
En esta fase resulta muy útil contar con el apoyo de mapas metalogenéticos que muestren no sólo la localización (y tipología) de yacimientos, sino también las relaciones entre ellos y su
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entorno. En este sentido, resulta muy útil la representación gráfica en éstos de metalotectos o provincias metalogenéticas.
1.4.2 TELEDETECCIÓN
La utilización de la información de los satélites artificiales que orbitan nuestro planeta puede ser de gran interés en investigación minera. Sigue siendo una técnica de relativamente bajo costo (condicionado por el precio de la información a recabar de los organismos que controlan este tipo de información) y que se aplica desde gabinete, aunque también a menudo complementada con salidas al campo.
La información que ofrecen los satélites que resulta de utilidad geológico-minera se refiere a la reflectividad del terreno frente a la radiación solar: ésta incide sobre el terreno, en parte se absorbe, y en parte se refleja, en función de las características del terreno. Determinadas radiaciones producen las sensaciones apreciables por el ojo humano, pero hay otras zonas del espectro electromagnético, inapreciables para el ojo, que puede ser recogidas y analizadas mediante sensores específicos. La Teledetección aprovecha precisamente estas bandas del espectro para identificar características del terreno que pueden reflejar datos de interés minero, como alteraciones, presencia de determinados minerales, variaciones de temperatura, humedad…
1.4.3 GEOLOGÍA
El estudio en mayor o menor detalle de las características de una región siempre es necesario en cualquier estudio de ámbito minero, ya que cada tipo de yacimiento suele presentar unos condicionantes específicos que hay que conocer para poder llevar a cabo con mayores garantías de éxito nuestra exploración, así como otras que puedan emprenderse en el futuro. Es un estudio que se lleva a cabo durante las fases de preexploración y exploración, ya que su costo aún suele ser bastante bajo. Tiene también un aspecto dual, en el sentido de que en parte puede hacerse en gabinete, a partir de los datos de la recopilación de información y de la teledetección, pero cuando necesita un cierto detalle, hay que complementarla con observaciones sobre el terreno. Dentro del término genérico de geología se engloban muchos apartados distintos del trabajo de reconocimiento geológico de un área. La cartografía geológica (o elaboración de un mapa geológico de la misma) incluye el levantamiento estratigráfico (conocer la sucesión de materiales estratigráficos presentes en la zona), el estudio tectónico (identificación de las estructuras tectónicas, como fallas, pliegues, que afectan a los materiales de la zona), el estudio petrológico (correcta identificación de los distintos tipos de rocas), hidrogeológico (identificación de acuíferos y de sus caracteres más relevantes), etcétera. En cada caso tendrán mayor o menos importancia unos u otros, en función del control concreto que presente la mineralización investigada.
1.4.4 GEOQUÍMICA
La prospección geoquímica consiste en el análisis de muestras de sedimentos de arroyos o de suelos o de aguas, o incluso de plantas que puedan concentrar elementos químicos relacionados con una determinada mineralización. Tiene su base en que los elementos químicos que componen la corteza tienen una distribución general característica, que aunque
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puede ser distinta para cada área diferente, se caracteriza por presentar un rango de valores definido por una distribución unimodal log-normal, En otras palabras, la concentración "normal" de ese elemento en las muestras de una región aparece como una campana de gauss en un gráfico semi-logarítmico. Sin embargo, cuando hay alguna concentración anómala de un determinado elemento en la zona (que puede estar producida por la presencia de un yacimiento mineral de ese elemento), esta distribución se altera, dando origen por lo general a una distribución bimodal, que permite diferenciar las poblaciones normal (la existente en el entorno de la mineralización) y anómala (que se situará precisamente sobre la mineralización). Así, las distintas variantes de esta técnica (geoquímica de suelos, de arroyos, biogeoquímica) analizan muestras de cada uno de estos tipos, siguiendo patrones ordenados, de forma que se consiga tener un análisis representativo de toda una región, con objeto de identificar la o las poblaciones anómalas que puedan existir en la misma, y diferenciarlas de posibles poblaciones anómalas que puedan ser una indicación de la existencia de mineralizaciones. El coste de estas técnicas suele ser superior al de las de carácter geológico, ya que implican un equipo de varias personas para la toma y preparación de las muestras, y el costo de los análisis correspondientes. Por ello, se aplican cuando la geología ofrece ya información que permite sospechar con fundamento la presencia de yacimientos.
1.4.5 GEOFÍSICA
Dentro de esta denominación genérica encontramos, como en el caso de la geología, toda una gama de técnicas muy diversas, tanto en coste como en aplicabilidad a cada caso concreto. La base es siempre la misma: intentar localizar rocas o minerales que presenten una propiedad física que contraste con la de los minerales o rocas adyacentes. Igual que para localizar una aguja en un pajar un imán es una herramienta de gran utilidad, éste mismo imán no nos servirá de nada si lo que hemos perdido entre la paja es una mina de lapicero de 0.5 mm. Así, las diversas técnicas aplicables y su campo de aplicación puede ser el siguiente:
Métodos eléctricos: Se basan en el estudio de la conductividad (o su inverso, la resistividad) del terreno, mediante dispositivos relativamente simples: un sistema de introducción de corriente al terreno, y otro de medida de la resistividad/conductividad. Se utilizan para identificar materiales de diferentes conductividades: por ejemplo, los sulfuros suelen ser muy conductores, al igual que el grafito. También se utilizan mucho para la investigación de agua, debido a que las rocas que contienen agua se hacen algo más conductoras que las que no la contienen, siempre y cuando el agua tenga una cierta salinidad que la haga a su vez conductora.
Métodos electromagnéticos: Tiene su base en el estudio de otras propiedades eléctricas o electromagnéticas del terreno. El más utilizado es el método de la Polarización Inducida, que consiste en mediar la cargabilidad del terreno: se introduce una corriente eléctrica de alto voltaje en el terreno y al interrumpirse ésta se estudia cómo queda cargado el terreno, y cómo se produce el proceso de descarga eléctrica. Muy utilizado para prospección de sulfuros, ya que son los que presentan mayores cargabilidades. Otras técnicas: polarización espontánea, métodos magnetotelúricos, etc.
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Métodos magnéticos: Basados en la medida del campo magnético sobre el terreno. Este campo magnético como sabemos es función del campo magnético terrestre, pero puede verse afectado por las rocas existentes en un punto determinado, sobre todo si existen en la misma minerales ferromagnéticos, como la magnetita o la pirrotina. Estos minerales producen una alteración del campo magnético local que es detectable mediante los denominados magnetómetros.
Métodos gravimétricos: se basan en la medida del campo gravitatorio terrestre, que al igual que en el caso anterior, puede estar modificado de sus valores normales por la presencia de rocas específicas, en este caso de densidad distinta a la normal. El gravímetro es el instrumento que se emplea para detectar estas variaciones, que por su pequeña entidad y por la influencia que presentan las variaciones topográficas requieren correcciones muy detalladas, y por tanto, también muy costosas. Esta técnica ha sido utilizada con gran efectividad en la detección de cuerpos de sulfuros masivos en la Faja Pirítica Ibérica.
Métodos radiométricos: se basan en la detección de radioactividad emitida por el terreno, y se utilizan fundamentalmente para la prospección de yacimientos de uranio, aunque excepcionalmente se pueden utilizar como método indirecto para otros elementos o rocas. Esta radioactividad emitida por el terreno se puede medir o bien sobre el propio terreno, o bien desde el aire, desde aviones o helicópteros. Los instrumentos de medida más usuales son básicamente de dos tipos: Escintilómetros (también llamados contadores de centelleo) o contadores Geiger. No obstante, estos instrumentos sólo miden radioactividad total, sin discriminar la longitud de onda de la radiación emitida. Más útiles son los sensores capaces de discriminar las distintas longitudes de onda, porque éstas son características de cada elemento, lo que permite discriminar el elemento causante de la radioactividad.
Sísmica: La transmisión de las ondas sísmicas por el terreno está sujeta a una serie de postulados en los que intervienen parámetros relacionados con la naturaleza de las rocas que atraviesan. De esta forma, si causamos pequeños movimientos sísmicos, mediante explosiones o caída de objetos pesados y analizamos la distribución de las ondas sísmicas hasta puntos de medida estratégicamente situados, al igual que se hace con las ondas sonoras en las ecografías, podemos establecer conclusiones sobre la naturaleza de las rocas del subsuelo. Se diferencian dos grandes técnicas diferentes: la sísmica de reflexión y la de refracción, que analizan cada uno de estos aspectos de la transmisión de las ondas sísmicas. Es una de las técnicas más caras, por lo que solo se utiliza para investigación de recursos de alto costo, como el petróleo.
En definitiva, la geofísica dispone de toda una gama de herramientas distintas de gran utilidad, pero que hay que saber aplicar a cada caso concreto en función de dos parámetros: su costo, que debe ser proporcional al valor del objeto de la exploración, y la viabilidad técnica, que debe considerarse a la luz del análisis preliminar de las características físicas de este mismo objeto.
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1.5 CALICATAS
A menudo, tras la aplicación de las técnicas anteriores seguimos teniendo dudas razonadas sobre si lo que estamos investigando es o no algo con interés minero. Por ejemplo, podemos tener una anomalía geoquímica de plomo y una anomalía de geofísica eléctrica, pero ¿será una mineralización de galena o una tubería antigua enterrada? En estos casos, para verificar a bajo costo nuestras interpretaciones sobre alineaciones de posible interés minero se pueden hacer zanjas en el terreno mediante pala retroexcavadora, que permitan visualizar las rocas situadas justo debajo del suelo analizado o reconocido. Además, estas calicatas permitirán obtener muestras más representativas de lo que exista en el subsuelo, aunque no hay que olvidar que por su pequeña profundidad de trabajo (1-3 metros, a lo sumo) siguen sin ser comparables a lo que pueda existir por debajo del nivel de alteración meteórica, dado que, como vimos en el apartado correspondiente, precisamente las mineralizaciones suelen favorecer la alteración supergénica.
1.6 SONDEOS MECÁNICOS
Los sondeos son una herramienta (ver fig.1.1) vital la investigación minera, que nos permite confirmar o desmentir nuestras interpretaciones, ya que esta técnica permite obtener muestras del subsuelo a profundidades variables. Su principal problema deriva de su representatividad, pues no hay que olvidar que estas muestras constituyen, en el mejor de los casos (sondeos con recuperación de testigo continuo) un cilindro de roca de algunos centímetros de diámetro, que puede no haberse recuperado completamente (ha podido haber pérdidas durante la perforación o la extracción), y que puede haber cortado la mineralización en un punto excepcionalmente pobre o excepcionalmente rico. No obstante, son la información más valiosa de que se dispone sobre la mineralización mientras no se llegue hasta ella mediante labores mineras.
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Los sondeos mecánicos son un mundo muy complejo, en el que existe toda una gama de posibilidades, tanto en cuanto al método de perforación (percusión, rotación, rotopercusión), como en lo que se refiere al diámetro de trabajo (desde diámetros métricos a milimétricos), en cuanto al rango de profundidades alcanzables (que puede llegar a ser de miles de metros en los sondeos petrolíferos), en cuanto al sistema de extracción del material cortado (recuperación de testigo continuo, arrastre por el agua de perforación, o por aire comprimido). Todo ello hace que la realización de sondeos mecánicos sea una etapa especialmente importante dentro del proceso de investigación minera, y requiera la toma de decisiones más detallada y problemática.
Tal cómo se ha comentado, los sondajes se utilizan cuando existe el convencimiento de que en el lugar hay un yacimiento que puede ser económicamente explotable; surge la necesidad de obtener información de la mineralización y del procesamiento que requiere para obtenerlo como materia prima. En consecuencia el propósito de la exploración con sondajes es obtener información geológica en el tamaño, forma y espesor del yacimiento, ley de la zona mineralizada. Cada perforación debería obtener o aportar la siguiente información:
Estructura geológica del depósito
Cambios de la ley en la zona mineralizada
Distribución de los minerales y del modelo mineralógico Comportamiento de la zona mineralizada
Características físicas de la mena y mineral
Relación de la estructura mineralizada, aguas freáticas, tipos de rocas, alteración, etc. Distribución agua subterránea
1.7 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
A la vista de los hasta ahora expuesto, el proceso de exploración minera consiste en una toma de datos continua que hay que ir interpretando sobre la marcha, de forma que cada decisión que se tome aliente a seguir o no con las etapas siguientes, fundamentada en unos datos que apoyan o no la interpretación preliminar.
De esta forma, cada etapa de la investigación que se desarrolla debe ir encaminada precisamente a apoyar o desmentir las interpretaciones preliminares, mediante nuevos datos que supongan una mejora de la interpretación, pero sin buscar sistemáticamente la confirmación a toda costa de nuestra idea: la “cabezonería” puede ser muy costosa para la compañía, aunque sin ella a menudo no habría investigación minera.
En definitiva, la interpretación de los resultados debe ser muy detallada, y debe buscar las coincidencias que supongan un apoyo a las ideas elaboradas, pero también las no coincidencias, que debe analizarse de forma especialmente cuidadosa, buscando la o las explicaciones alternativas que puedan suponer la confirmación o el desmentido de nuestras interpretaciones, sin olvidar que al final los sondeos confirmarán o no éstas de forma casi definitiva.
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Finalmente la exploración, tiene como propósito el desarrollo de todas las actividades y trabajos que sean necesarios realizar, para localizar y definir nuevos depósito de minerales, con la finalidad de su posterior adquisición y extracción económica.
1.8 ESTIMACIÓN DE RESERVAS
El objetivo de la estimación de reservas mineras, consiste en realizar el cálculo de reservas de un yacimiento lo más certero posible, con la finalidad de obtener un volumen en cantidad, calidad lo más cercano a lo real y de esta forma establecer una explotación comercial
La selección de un método para el cálculo de reservas depende de la geología del yacimiento, método de exploración, utilidad y confiabilidad de los datos, grado de exactitud requerida, etc.
En la estimación de reservas se han utilizado en el pasado métodos denominados clásicos, tales cómo el de analogías, secciones o el bloque minero; el principal problema de estos métodos es que ignoran controles geológicos. El concepto era determinar un área de influencia que multiplicada por el espesor definía un volumen, la sumatoria de todo los volúmenes determinaba las reservas existentes. El uso de sistemas clásico trae intrínsicamente un alto riesgo que se observa en la sobre estimación, o subestimación del depósito estudiado. Esto se refleja en notorias pérdidas económicas al desechar un proyecto que podía haber sido promisorio o aprobar uno que se debía haber descartado.
El uso de computadores modificó el sistema tradicional a un “Modelo de Bloques” los grados otorgados a cada bloque usan métodos cómo:
La muestra más cercana Radio de influencia
Tamaño y forma del bloque
La Geoestadística aparece entonces como la “ciencia” en la estimación de recursos minerales, encontrándose su aplicación en todo tipo de asociaciones mineralógicas y depósitos. La Geoestadística comparado con otros métodos de estimación, es el mejor. Todos los métodos envuelven errores en su uso, pero la Geoestadística da soluciones con el menor error posible, prefiriéndose su aplicación.
La Geoestadística considera que cualquier punto del depósito está espacialmente relacionado con sus vecinos y cuanto más cerca mucho mejor es la correlación. Basados en esta hipótesis la Geoestadística se convierte en una avanzada herramienta para la estimación de reservas, la cual resuelve en gran medida las dudas planteadas por otras técnicas. Es así como la Geostadística nos puede ofrecer información en cuanto a:
Área de Influencia
Que tan errático es el depósito en estudio (efecto pepita) Zonas de alta, regular y baja mineralización (anisotropías)
Estimar, inferir o interpolar valores a zonas donde no se tenía información, con el mínimo error posible
Obtener el error de estimación por cada punto o bloque estimado, lo cual nos permite conocer los límites de confiabilidad de la estimación. Ninguna otra técnica permite conocer estos valores punto por punto
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Permite optimizar el muestreo para reducir el error de estimación y por consiguiente representa un gran ahorro económico para futuras campañas de muestreo en el mismo depósito.
Permite graficar toda información, de tal forma que representa una valiosa ayuda en la toma de decisiones.
La Geoestadística aplica la teoría de la variable regionalizada, para ello desarrolla un variograma que es una representación gráfica de la interdependencia direccional de leyes de la muestra y un diseño de bloques con leyes del depósito, siguiendo la teoría de Kriging que asigna pesos lineales a las muestras tales que la estimación calculada de error minimiza la ley del bloque.
La Fig.1.2 muestra un variograma experimental ajustado al llamado “modelo esférico”. La varianza crece sistemáticamente hasta “a” (rango o alcance) distancia a partir de la cual las muestras empiezan a ser independientes unas de otras. El “sill” muestra la zona de la curva donde los valores ya no se correlacionan.
La Fig. 1.3 presenta un modelo de bloques característico, que junto a la topografía del terreno, permite visualizar la situación en su conjunto, de esta forma se facilita la planificación minera y la proposición de planes de extracción.
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Fig. 1.3 modelo de bloques
En resumen: la estimación de reserva, no se trata de meros cálculos. Los cálculos forman sólo una parte y no necesariamente la parte más importante. Debido a las limitaciones del muestreo y la naturaleza del yacimiento, la exactitud de la predicción de grado no debe exceder las dos cifras significativas
Tabla 1.1 Clasificación de activos mineros
Probadas Probables Posibles Explotables Reservas
Insitu Probables
Geológicas Recursos
La tabla 1.1 nos muestra que no todo los activos son iguales en el mundo minero. Luego de que un depósito ha sido cuidadosamente estudiado y se demuestra las buenas posibilidades de generar ganancias, necesariamente se debe estar trabajando con las reservas definidas en la parte superior izquierda. Esta área o división es llamada Reservas Probadas o Reservas Explotables.
1.9 MUESTREOS
El muestreo de un cuerpo mineralizado es el primer paso crucial en la estimación de reservas. El muestreo permite al ingeniero estimar la calidad y tamaño del cuerpo mineralizado.
1.9.1 MÉTODOS DE MUESTREO
Directos: El catador toma la muestra directamente de una cara de la roca accesible o montón de estéril
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El muestreo es caro y consume tiempo. Un programa de muestreo debe tomar en cuenta estas variables. La mayor información disponible de la muestra mejorará la verdadera estimación de la calidad del depósito.
Un plan de muestreo debe considerar: Método de muestreo
Frecuencia de muestreo Procesamiento de la muestra
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CAPÍTULO II MINERÍA SUBTERRÁNEA
2.1 INTRODUCCIÓN
La minería subterránea es la técnica utilizada para recuperar minerales desde los yacimientos que se encuentra en la superficie terrestre y cubierto por rocas en tal cantidad que su extracción económica, sólo es factible mediante un sistema de excavaciones que permitan llegar a las zonas mineralizadas para luego aplicar uno o más esquemas específicos (método de explotación) para extraer el mineral.
La minería en general está en una constante dinámica, eso se refleja en que esta industria, está continuamente explorando nuevas ideas y utilizando métodos de explotación que muestran un constante desarrollo, lo que le permite avanzar a pesar de su rico pasado, en la búsqueda de nuevas alternativas. Este continuo buscar (nuevas estrategias de explotación para las minas), se debe a varias variables, una de ellas es el precio de los metales, los cuales son decrecientes en el largo plazo; en esta perspectiva, este punto presiona continuamente para reducir costos de operación en toda las minas.
Una característica importante de la industria minera es la capacidad de aceptar de buena voluntad los cambios tecnológicos y las experiencias enriquecedoras de otras unidades de producción. Existe mente abierta a aceptar el cambio como algo natural y que forma parte del know how minero.
Por otra parte tenemos que cada yacimiento minero es único e irrepetible debido principalmente a su geología, profundidad de la mineralización, tamaño, forma, tipos de mineral, leyes de los minerales, tipos de rocas, etc.
Considerando los elementos anteriores los métodos de explotación que se presentarán reflejan de una u otra manera la situación de la minería actual, considerando como referencia los equipos que se encuentran en operación en la minería moderna.
La explotación de minas por métodos subterráneos apunta a recuperar el mineral contenido en la roca mineralizada. Los minerales de interés se encuentran en el volumen del cuerpo mineralizado, mientras que en su entorno, esta la roca que rodea al mineral, la que corresponde a roca estéril sin valor económico y que por tanto los mineros tratan de dejar en cualquier lugar cercano, de tal forma que involucre el mínimo costo posible su traslado. Producto de las operaciones mineras, el material estéril además diluye la mena al entrar en contacto con ella, reduciendo la ley a planta, aumentando los costos de transporte al trasladar lastre a la planta de beneficios y aumentando también los costos de procesamiento y de obtención de los metales, haciendo menos eficiente los sistemas productivos.
Cuando los cuerpos mineralizados afloran a la superficie o está muy cercas de ella, se utilizan técnicas de explotación por rajo abierto, en este caso la roca estéril es separada del mineral, mediante la carga y el transporte en camiones hacia botaderos de rocas cercanos, luego el mineral es extraído y enviado a planta para su concentración. Situación distinta ocurre cuando el cuerpo mineralizado se encuentra en profundidad, bajo cientos de metro de la
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superficie, las técnicas utilizadas en este caso son los métodos de explotación subterráneos, aquí, las técnicas empleadas son más complejas.
Los métodos mineros subterráneos son adaptados a los cuerpos mineralizados y a las condiciones de la roca, forma y dimensiones del yacimiento, etc.
La recuperación del mineral contenido en el yacimiento, depende de la calidad de la roca de caja y el método de explotación aplicado, el que apunta a la máxima recuperación del mineral, en forma eficiente, económicamente rentable y manteniendo condiciones de trabajo seguro.
La infraestructura referida a un orden básico de la mina, que considere el ingreso al interior de la mina para realizar los trabajos requeridos, para la explotación de minerales, en las mejores condiciones de seguridad y de productividad, deberían incluir: medios de acceso a todo los lugares de trabajo, vías para el transporte de mineral y el abastecimiento de energía, sistema de ventilación, drenaje de aguas subterráneas, etc.
El pique fue por largos años, el acceso principal a niveles subterráneos y a las principales arterias de la mina, todo pasaba por allí. Hoy en día, esta siendo más común viajar por rampa desde la superficie al interior de la mina; la rampa actualmente es el principal medio de acceso. Esta se encuentra conectada a laboreos, galerías, áreas de trabajo y a una red importante de operaciones, facilitando el desplazamiento de los mineros y de los equipos entre distintos lugares de la mina.
Manejo de material: Un sistema eficiente en el manejo de materiales es deseable para el éxito de los trabajos de producción, el que consiste en trasladar el mineral quebrado desde la mina a la planta para continuar su procesamiento. Este manejo comienza con la tronadura del mineral en los laboreos de producción para continuar su viaje utilizando los medio de transporte disponibles ya sea directo a superficie en camiones o hasta un chancador primario para que el mineral sea reducido de tamaños, almacenado en tolvas acondicionadas para ello, para que pueda continuar su viaje ya sea por el skip del pique, en cinta transportadora directa a superficie ó en carros de FFCC,
Abastecimiento de energía: La mina requiere energía eléctrica junto con una distribución que llegue a cada unos de los frentes de trabajo, en cantidades suficiente para un efectivo trabajo de los equipos. La energía eléctrica ilumina los lugares de trabajo y mueven todos los equipos electrificado como de perforación, de transporte, de ventilación, chancadores, bombas de drenaje y en general todos los equipos mineros que estén conectados a la red eléctrica. Esta energía por mucho tiempo fue complementada con una planta de compresores en superficie, que abastecía de aire comprimido a equipos de perforación neumática, huinches y otras herramientas de uso en la mina, siendo su uso actual muy menor al pasado.
Agua industrial: El agua industrial es necesaria para eliminar el polvo en suspensión y remover el detritus generados por la perforación de las rocas. Así, una red de tuberías debe ser instalada en la mina para llevar agua a todo los lugares en que se esté perforando y tronando.
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Drenaje de minas: Todo los lugares de trabajo de la mina deben mantenerse seco. Al interior de las minas se junta agua en las áreas de trabajo, debido a goteras continuas que provienen de fisuras en las rocas, fallas y al agua industrial utilizada por los equipos de perforación para arrastrar el detritus; Esta agua es acumulada en las mismas galerías y debe ser canalizada hacia niveles inferiores de la mina. Para mantener seca la mina debe necesariamente canalizarse toda el agua ya sea desde donde hay goteras o de las labores de perforación, hasta el fondo de la mina, para que allí sea limpiada y almacenada el agua en estanque dispuestos para ello, y mediante bombas centrifugas enviarla a superficie para su purificación y uso industrial posterior.
Ventilación: La ventilación de una mina es fundamental para el desarrollo normal de los trabajos mineros. La calidad del aire en la mina, debe mantenerse de acuerdo a estándares de salud aceptables. La atmósfera regularmente es contaminada por los humos de las tronaduras, el escape de gases de las máquinas diesel, polvos provenientes de los trabajos y también de la respiración de los mineros. Para mantener los caudales de aire requeridos, la mina necesita contar con ventiladores de alta capacidad, ubicados en superficie, aspirando aire fresco e ingresándolo por las labores de entrada, sea este pique o labor subterránea asignada para ello. Al interior de la mina las puertas de ventilación controlan y guían los flujos de aire, dirigiendo los caudales hacia las áreas activas de trabajo. Luego el aire contaminado se recibe y lleva por galerías dispuesta para ello, arrastrando la polución del aire y alejándolo de los frentes de trabajos.
2.2 EVOLUCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA MINERA
2.2.1 Galerías de acceso y puntos de extracción del mineral
Cada método minero requiere dar forma a su propia infraestructura. Por ejemplo: Acceso de vehículos a subniveles, galerías para la perforación de barrenos de gran diámetro, galerías de producción, habilitación de áreas para la carga de camiones en puntos de extracción o cercano a ellos, etc. Todo lo anterior forma parte de la infraestructura relacionada con los métodos de explotación y la extracción de minerales, labores que son descritas más adelante, junto con la construcción de la infraestructura de la mina subterránea, la cual es complementada con una intricada red de labores, formada por galerías de accesos, rampas, piques y chimeneas, cada una descrita con objetivos precisos y funciones claramente definida.
2.2.2 La minería tradicional compuesta por pique y vía ferroviaria
Muchas minas tienen larga tradición en la extracción de minerales por pique con uso de transporte subterráneo por ferrocarril y que abarca varias décadas en su aplicación. Siendo sus prácticas de trabajo completamente diferentes a lo que se realiza hoy en día en la explotación de la minería moderna.
Desde siempre, el pique ha sido un importante componente de la mina subterránea, el que debido a su diseño y construcción, contempla una larga vida útil del pique y sus componentes. Hoy podemos encontrar en operaciones piques con más de 50 años de actividad, trabajando con máquinas de extracción de última generación y prestando diversos
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servicios a los distintos nivel en que se ha dividido la mina. La profundidad de la mina generalmente quedaba condicionada a la altura del pique, dotada con jaula para la elevación de los minerales y proveer de acceso a los lugares de trabajo subterráneo, donde se puede encontrar varios niveles conectados a las áreas de explotación.
Respecto al manejo de materiales, la logística contemplaba el transporte por convoyes compuestos por locomotora y carros, convirtiéndose el transporte por ferrocarril en un área crítica, el cual era muy complicado manejar debido principalmente a su rigidez. Para agilizar el transporte se optaba por poner una máquina en cada extremo del convoy separadas en algunos casos por carros cargados con mineral, lastre y materiales de diversos usos, los que a veces quedaban atrapados por diversos problemas ya sea por espera y/o problemas de coordinación. El transporte por ferrocarril contempla una vía principal y lugares de espera, esto permite él transito de trenes en las dos direcciones. El tren que va ingresando a la mina, generalmente lleva carros vacíos y algunos con materiales varios, este convoy puede esconderse en los lugares de espera para dar prioridad al tren cargado con mineral que va saliendo. Esta organización permite un transporte coordinado y seguro. La locomotora lleva los carros cargados con mineral hasta el fondo del pique, retornando con carros vacíos a los frentes de carga; los carros con mineral son introducidos uno a uno en las jaulas del pique y en superficie descargados y retornados al interior de la mina. Para un uso eficiente del pique, se programan horarios de subida y bajada de personal y del material de grandes dimensiones. El pique como componente principal de la infraestructura de la mina y responsable de la producción, la entrada y salida del personal, debe estar rigurosamente programada; así, como todas sus actividades, de manera de optimizar sus horarios de trabajo y cumplir con las normas de seguridad de la mina, que son muy rigurosas en este caso de piques.
2.2.3 Minería con LHD
El scoop es un cargador LHD, capaz de cargar, transportar y descargar mineral, en un tiempo reducido, es un cargador introducido a las minas en los años 70 y comprende una poderosa máquina diesel montado sobre neumáticos, con un gran balde, capaz de transportar gran cantidad de mineral en un solo viaje. Este equipo, montado sobre neumáticos, con gran balde y potencia mecánica le otorgó una importante ventaja a la minería subterránea, otorgando un prominente futuro a las explotaciones mineras, al poder trasladarse con facilidad a distintos frentes de producción durante el turno y con capacidad de remontar fuertes pendientes, manteniendo altos rendimientos de producción; con todo estos atributos, el scoop desplazo rápidamente el transporte sobre rieles, el que se convirtió al poco andar en un obstáculo, para continuar operando en la mina, en los frentes de producción.
Las máquinas diesel montadas sobre neumáticos, incorporaron un nuevo concepto en el equipamiento de minas. Este nacimiento de la minería sin rieles, trajo una nueva era en la mecanización minera, incorporando máquinas más productivas de alto rendimiento y también obligó a modificar las estructuras tradicionales mineras, apareciendo nuevas galerías de mayores dimensiones y la rampa, la que permitió un rápido acceso a todos los lugares de la mina.
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El pique con elevación de los materiales usando jaula, fue establecido hace bastante tiempo, al cambiar a una minería sin rieles, las reservas mineras ubicadas en niveles superiores al fondo del pique, son explotadas normalmente, en la forma tradicional. Sin embargo, bajo los 600 m, medidos desde la superficie, se abre la posibilidad de explotar utilizando las nuevas tecnologías, manteniendo la infraestructura de elevar la producción por el pique y una comunicación con los niveles inferiores. Bajo la máxima profundidad del pique, donde la explotación minera continúa con equipamiento montado sobre neumáticos, los que se desplazan por rampas; en este caso las grandes máquinas son desarmadas antes ir a las zonas más profunda de la mina y rearmadas en los lugares acondicionados para ello, también otros componentes voluminosos, mayor al volumen del compartimiento de la jaula, son seccionados en piezas y llevados a la mina para su rearmado en los talleres dispuestos para ello.
En este caso el pique continúa siendo la arteria principal de la mina y el personal, materiales y abastecimiento en general, continuar siendo transportado por el pique. En las últimas décadas, se incorporó a los piques el skip, depósito metálico que puede cargarse con mineral haciendo su ciclo de trabajo más eficiente, debido a sus características de trabajo se ha automatizando su carga, descarga y movimiento por el pique, lográndose con ello una mayor producción.
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Cuando es posible incorporar a la infraestructura de la mina, una rampa que nazca en la superficie, todo se hace más fácil, las máquinas viajan por si misma por las vías de tránsito, acondicionadas con carpeta de rodado, las máquinas pueden remontar fuertes pendientes y girar en esquinas facilitadas por la planificación de la mina (ver Fig.2.1), otorgando al proceso importantes grados de libertad. En este caso el pique sigue siendo importante para el transporte vertical del mineral, pero ayudado por transporte en camiones montados sobre neumático, que puede utilizar vías diseñadas para ello, como rampas y galerías para alcanzar su destino, disminuyendo con esto, la presión por transporte de producción y transito de personal por el pique. Una buena coordinación entre las distintas áreas de trabajo, siempre es recomendable para el éxito de las operaciones mineras. En resumen, una rampa con pendiente, conecta la mina con sus áreas de trabajo, eliminando el complicado transporte por el pique y también permite el traslado de grandes máquinas al interior de la mina por sus propios medios, todo esto ayuda a descongestionar el pique.
2.3 DESARROLLO DE MINAS
El desarrollo de minas envuelve la excavación de rocas con objetivos específicos, que no son otros que la formación de una infraestructura minera, que permita la extracción del mineral en forma expedita, segura y ha un mínimo costo. Cada objetivo tiene diseñado como propósito alcanzar una parte del laberinto que conforman el conjunto de labores mineras. Los objetivos que son motivo de desarrollos son los piques verticales, labores horizontales, rampas inclinadas y chimeneas, (ver fig.2.2). Es importante apreciar desde esta figura, que los desarrollos mineros tienen como objetivo principal dos direcciones la vertical y la horizontal, esta preferencia busca hacer más óptimo el negocio minero.
Con relación a las operaciones mineras, la perforación y tronadura en las excavaciones de roca es la que normalmente es aplicada a estas labores, con excepción de la chimenea que puede realizarse, en forma manual, semi-mecanizada y mecanizada por ejemplo con raise borer que es una máquina escariadora, que es una de las técnicas más aplicada y que compite con los métodos manuales.
Todas las minas necesitan algunas excavaciones básicas, que incluyen el pique, las vías de transporte y acceso al yacimiento, estación de bombeo, un estanque de acumulación de agua, un taller de mantención básica de equipos, etc. Este desarrollo mínimo es necesario para facilitar los medios auxiliares que se requieren, con independencia de los que se precisan para la extracción del mineral. (ver fig. 2.2)
2.3.1 DESARROLLO DE PIQUES
El pique es el primer componente en un programa de desarrollo para minas profundas. El futuro pique, desde el comienzo será excavado a una profundidad de al menos 500 m. La profundidad del pique es importante para la vida útil de la mina, y la seguridad de muchos años de producción; alrededor del pique debe dejarse un pilar de protección para el pique y sus instalaciones, los costos de operación de un pique son alto y su viabilidad sólo es posible en un largo periodo de trabajo y una relación armónica mina-planta.
En la construcción del pique, mantener su verticalidad en la etapa de construcción es un trabajo para expertos, además de requiere un equipamiento especializado, considerando
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ambos elementos lo usual es que la empresa entregue la ejecución de esta obra de ingeniería a un contratista, debido a que realizarlo con personal propio, en la mayoría de los casos resulta mas caro y hay atrasos importantes por falta de experiencia en estas construcciones.
El pique puede tener sección; rectangular, circular ó elípticos, existiendo preferencia por los piques circulares, porque es más simple de excavar y la roca resiste mejor los esfuerzos de su entorno que otras secciones.
Fig.2.2 Esquema de explotación de una mina, Ref. www.atlascopco.cl 2.3.2 GALERIAS DE ACCESO Y RAMPAS
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La incorporación de tecnologías de punta en las minas y al uso masivo de equipos de perforación de carga y transporte montado sobre neumáticos, las rampas cumplen una función fundamental para el ingreso y salida de equipos ya sea de los frentes de trabajo cómo de la mina, en forma independiente, acelerando con ello los procesos involucrados con la producción. Así mismo, la supervisión y los mantenedores de equipos se benefician con estas labores mineras, al permitir un desplazamiento entre distintos puntos de la mina en vehículos livianos en forma ágil y expedita.
En este contexto, la construcción de rampas se ha masificado, convirtiéndose en una labor común en el desarrollo de minas; Como medio de acceso, la rampa comunica la superficie con la mina subterránea. Esta rampa también es usada para el transporte de mineral, en yacimientos minero poco profundo, acarreando el mineral desde el fondo de la mina a superficie donde se ubica la planta de proceso. La profundidad a la cual se puede transportar mineral en camiones por la rampa, queda limitado a los costos de transporte, los que se incrementan rápidamente. Las alternativas al transporte antes descrito son el transporte por pique utilizando skip o por cinta transportadora con pendientes por ejemplo de 25%. Estas formas de transporte del mineral que sale de la mina, puede producir que los flujos de caja lleguen a ser positivo tempranamente, así se reduce el riesgo, en la recuperación de la inversión.
La construcción de galerías y rampas forman la malla de trabajo de las operaciones que conectan con el pique y las áreas de trabajo en la mina. Los drifs(galerías mineras) son dimensionados de acuerdo a la maquinaria utilizada al interior de la mina, la sección debe incluir un espacio con un margen razonable para vías de tránsito, ductos de ventilación y otras necesidades mineras, como tuberías para el agua, aire comprimido o cables eléctricos. Las secciones más comunes varían de 2,2x2,5 a 5,5x6,00 m2, con áreas de 5,0 m2 a 25 m2. El drifs de 5,0 m2 está considerado para palas montadas sobre rieles (equipo que ya está descontinuado en su fabricación), mientras que una sección de 25 m2 está considerado para labores con transporte por camiones ya sea con mineral o estéril, considerando un espació para ductos de ventilación en labores de desarrollo.
La profundidad determina la longitud de la rampa, la que va conectándose a niveles horizontales. Una profundidad media, permiten longitudes más corta de las vías de transito, a grandes profundidades debería evitarse, por razones principalmente económicas en la construcción de largos desarrollos y el sacrificio de la maquinaria. Las pendientes normalmente de la rampa, varían de 1:10 a 1:7, y las más profundas tienen pendientes de 1:5 y con radios de curvas de 15,00 m. Una rampa típica corrida en loops, con pendiente de 1:7 en secciones rectas, reduciendo a 1:10 en curvas. Sí la rampa será utilizada para subir camiones con carga desde niveles inferiores, el camión adquirido debería contar con capacidad y potencia para trabajar considerando las máximas pendientes de la mina, sin disminuir rendimientos ni aumentar costos de mantención.
Las excavaciones de drifs y rampas tienen objetivos específicos en la planificación del desarrollo de la mina. Los trabajos de desarrollo tienen frecuentemente asignados equipos especiales. Los equipos de desarrollo cuentan con su propio equipamiento, y la maquinaria
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necesaria, para cumplir sus tareas, esto les permite movilizarse por toda la mina y da la ventaja de aprovechar al máximo la maquinaria adquirida con esos fines.
2.3.3 EXCAVACIÓN DE ROCAS EN LABORES SUBTERRÁNEAS
Galerías y Rampas.
La construcción de galerías y rampas es una de las más frecuentes de las operaciones mineras, la cual también, forma parte de la infraestructura básica minera. Las galerías y rampas se pueden clasificar de acuerdo a su sección:
Galerías pequeñas de 4 a 20 m2 Galería mediana, 20 a 60 m2 Galería grande, sobre 100 m2 Galerías pequeñas
Perforación y tronadura
La sección práctica de la galería es alrededor de 4 m², Esta área incluye un espacio para la tubería de ventilación y para el pequeño equipo de excavación. Para galerías de 4 hasta 6 m², se perfora con equipos manual. (ver Fig.2.3)
Fig.2.3Perforación El diámetro de perforación recomendado es de 38 mm, con barrena integral, para un diagrama con barrenos paralelos, se usa barrenos central de gran diámetro, para la cara libre de 64 a 76 mm, la cantidad de barrenos perforado son 26 más un barreno de gran diámetro y se tronan 26 y se deja vacío el barreno central.
Fig 2.4 Diseño perforación y tronadura Diseño de perforación, Diseño de tronadura, atlas copco
Explosivo: Dinamita o emulsión encartuchado con 17 mm con un consumo de 40 a 80 gr/m cordón detonante.
Detonador: detonador no eléctrico tipo nonel. Galería y Rampas de áreas de 6 a 20 m
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Cuando la sección de la galería o de la rampa tiene secciones cómo la indicada es posible usar equipos de perforación más eficiente como los jumbo Boomer de Atlas Copco, de dos brazos. (ver fig.2.5)
Fig.2.5 equipo de perforación
El diagrama de disparo puede ser muy similar al anterior, pero con perforación de diámetro de 48 a 50 mm, con profundidades de 3,30 a 4,0 m, y un barreno central de 76 mm.
Fig.2.6, Equipo perforando
Un diagrama de disparo típico para un área de 16,0 m2 de una galería ó rampa, el número de barrenos requeridos puede ser de 45 más el barreno central. (ver Fig. 2.7)
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Los explosivos recomendados: dinamitas, emulsiones ó slurry; siendo los tronadura más eficientes la que utilizan anfo y emulsiones.
Sistema de iniciadores: se recomienda los sistemas entubados no eléctricos 2.3.4 Chimeneas
Las chimeneas son labores para operaciones mineras que pueden ser verticales o inclinadas, que conectan distintos niveles de la mina, tienen diferentes alturas según su función. Las chimeneas, pueden ser: vías de acceso para llegar a su lugar de trabajo, para el traspaso de mineral desde niveles de vaciado de mineral a niveles de transporte, para ventilar zonas de explotación o como parte de un circuito de ventilación de la mina. La inclinación de las chimeneas puede variar desde los 55º hasta la vertical. Los menores ángulos quedan limitados al ángulo de reposo del mineral, que baja gravitacionalmente desde la roca tronada. Las secciones de las chimeneas varían desde 4,00 a 6,00 m2. La chimenea cuadrada 2x2 m2 es una sección común.
Chimeneas escavadas en forma manual.
La excavación de chimeneas en forma manual, es un trabajo duro y peligroso, aun así deben ser ejecutadas. Un ejemplo de chimeneas manual, es de dos compartimientos donde los mineros construyen una pared de madera que divide la chimenea en una parte como acceso y otra para el traspaso de la roca. La sección de la parte de acceso es usada por los mineros para escalar la chimenea por la pared y llegar al lugar de trabajo con menos riesgo de caída de rocas. En el frente de trabajo, se realizan las tareas habituales de avance: colocación de andamios, perforación, tronadura, fortificación y acuñadura de rocas. En la construcción de la chimenea manual, el 100% de los esfuerzos utilizados en el avance es realizado por los mineros. Un ciclo de trabajo típico sería: Subir al frente de trabajo, al interior de la chimenea, poner andamios, botar roca suelta, perforar round de barrenos, colgar equipos de perforación, cargar con explosivos los barrenos, amarrar tiros, desarmar andamios y colgar tablones, verificar ventilación chimenea, bajar y salir de la chimeneas y finalmente tronar. Las alturas de las chimeneas manuales están limitadas a 50 m, debido a lo pesado del trabajo al que está expuesto el minero.
Chimenea con jaula escaladora
La incorporación de jaulas escaladoras como por ejemplo la jaula alimak, elimina en parte la dureza del trabajo, como es subir por la pared de la chimenea y el trabajo de botar la roca suelta es menos peligroso y también se elimina la construcción y desarme de andamios; pero el resto de los trabajos continúa exactamente igual. La jaula escaladora protege al minero y otorga mas seguridad debido a que el minero en todo momento ya sea viajando al frente perforando, no hay posibilidad de que sea golpeado por caída de rocas. La jaula escaladora permite excavar chimeneas con alturas de 100 m, sin ninguna dificultad. Una jaula escaladora con motor diesel puede alcanzar alturas de 300 m o más.
Métodos de ExplotaciónXXVI Chimenea con barrenos largos
La chimenea construida con barrenos largos, para casos de chimeneas cortas, la técnica aplicada corresponde al VCR (Vertical Crater Retreat) y se utiliza para hacer caras libres de un sub level stoping, en la construcción de chimeneas de ventilación entre niveles y otras labores mineras. En la construcción de chimenea con barrenos largos, se perfora todo el banco de perforación desde el nivel superior al fondo. La tronadura es realizada en etapas desde el fondo hacia arriba. La precisión de la perforación es esencial para el éxito de la tronadura. En la perforación se utilizan los mismos equipos de producción, evitando con esto inversiones adicionales para este tipo de trabajo. También, es posible perforar y tronar una chimenea tipo spot desde abajo con ninguna operación en la parte superior, una chimenea ciega. Esto requiere muy buena práctica en las tareas de perforación y carga. Aun así la práctica de este método esta limitado a alturas de 10 a 15 m, sin embargo hay experiencia en la construcción de chimeneas por este método de hasta 70 m.
Raise boring
La máquina raise boring, es una máquina capaz de realizar chimeneas quebrando la roca mediante la fuerza mecánica. La instalación de esta máquina se realiza en el nivel superior de llegada de la chimenea. Una vez montada y apernado convenientemente él
Fig. 2.8. raise borer
equipo y sus accesorios, se perfora un barreno piloto (sondaje) de 11 pulgadas de diámetro, con barras de 4 pies de largo y 8 pulgadas de diámetro, una vez recorrido el barreno piloto, se reemplaza el tricono por la cabeza escareadora con la sección deseada, procediendo agrandar el barreno en sentido contrario aplicando rotación y fuerza de tracción a las barras. A medida que se avanza, las barras van siendo retiradas, los detritus de la perforación y escariado son extraído por la acción de la gravedad desde la galería inferior. (ver Fig.2.8)
2.4 MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEOS
Los métodos de explotación que se estudiarán a continuación, corresponden a aquellos métodos más utilizados en la actualidad por la industria minera y que tiene como base la realización de sus operaciones mineras subterráneas con equipos montados sobre neumático.
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2.4.1 ROOM AND PILLAR
El método de explotación por caserones y pilares debe ser sin duda, uno de los primeros métodos aplicados por los mineros, debidos básicamente a su simpleza; a medida que se va avanzando en la extracción del mineral, se van dejando pilares que dan soporte a las áreas explotadas y brindan protección al personal y equipos.
Su aplicación se realiza en mantos de poco espesor; ejemplo de ello son: depósitos sedimentarios de carbón, caliza y arcillas de cobre, en areniscas con contenidos de plomo, en mantos de carbón, de sal y potásicos.
2.4.1.1 DESCRIPCIÓN
El Room and Pillar, es un método donde la mineralización es recuperada de caserones abiertos y se dejan pilares de mineral para soportar y controlar las paredes y luz entre pilares. La máxima recuperación de mineral se logra dejando pilares lo más pequeño posible, es deseable que las cajas del manto permanezcan en lo posible intactas; pero, cuando ello no es posible se puede reforzar el techo de los caserones y pilares con pernos de anclaje cementados o mecánicos.
En este método los pilares normalmente son arrancados sistemáticamente, pueden tener cualquier forma y sección, generalmente cuadrados, circulares ó en forma de paredes alargadas, los que van manteniendo separados los caserones. El mineral contenido en los pilares no es recuperado y por esto, las minas no lo incluyen como reservas de mineral.
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Una variedad de caserones y pilares son construidos por los mineros, debido principalmente a diferentes condiciones geológicas. De acuerdo a ello se pueden clasificar según Atlas Copco, en tres variedades típicas:
2.4.1.2 ROOM AND PILLAR CLÁSICO (ver Fig.2.9)
Su aplicación corresponde a mantos horizontales de moderado espesor a grande, también en depósitos inclinados con grande espesores. Los yacimientos mineros son explotados dejando largos taludes abiertos, los que son creados para máquinas de transporte como los camiones o cintas transportadoras, los que pueden llegar al fondo de la zona de explotación. Aquellos mantos de gran espesor son explotados en capas horizontales considerando dos fases, la primera para un avance del tipo galería, en la parte superior y una segunda fase, la parte inferior explotada en forma de banco con perforación de gran diámetro.
DESARROLLOS
La explotación del manto por medio de caserones y pilares requiere sólo de un mínimo de trabajo de desarrollos. Las vías de transporte para el movimiento del mineral y comunicación entre caserones en explotación, son ordenadas al interior de la mina según el avance experimentado por la extracción de mineral desde los caserones, los que perfectamente pueden seguir ruta por zonas ya explotadas.
PRODUCCION
La producción en base a caserones y pilares, en yacimientos horizontales o de escaso buzamiento hasta 4 metros de potencia con techo de mineral competente se puede explotar en un solo escalón, aplicando técnicas modernas de perforación y tronadura. En este caso, el avance de la explotación, se realiza tal como si fueran galerías normales, donde la dimensión de la labor es igual en ancho y alto, dando lugar a los caserones, los que de acuerdo a condiciones geológicas favorables, estos pueden ser largos y con grandes caras de perforación, parejas útiles para la mecanización de la producción.
Fig.2.10 Scoop
Cuando el manto mineralizado se presenta de gran altura, hasta 20 metros, la explotación se realiza en etapas. Se comienza en la parte superior, de igual forma a lo descrito para un
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escalón, controlando pared y techo, mediante la colocación de pernos de anclaje en los lugares que corresponda y aprovechando la altura de esta fase. La segunda etapa es explotada por banqueo, ya sea en una etapa o más escalones o peldaños, manteniendo planos horizontales, usados para desarrollar la perforación vertical de gran diámetro y la tronadura de bancos que es la más usada convencionalmente. La perforación horizontal tanto en la primera como en la segunda fase, prácticamente es una alternativa, con avance similar al de galerías, limitados a la longitud de perforación.
MOVIMIENTO DE MINERALES
Con la tronadura, comienza el movimiento del mineral. Este es cargado desde la pila formada por el mineral fracturado, con equipo diesel y carga a diferentes sistemas de transporte usados, considerando altura del manto y la distancia de transporte.
Fig.2.11 Camión de bajo perfil
La altura del manto permite seleccionar el tipo de transporte que resulte más económico desde los caserones a los puntos de acumulación. Para mantos delgados, los camiones utilizados son de bajo perfil (ver Fig.2.11) y cuando los mantos son muy bajos se puede utilizar para la carga el scoop (ver Fig.2.10). Este equipo excava el mineral de la pila y lo lleva a puntos de transferencias, ubicado a una distancia que no debiera superar los 100 metros. RESUMEN
Este método es ideal, para incorporar equipamiento de alto rendimiento, debido a las características de los caserones, ya sea en mantos mineralizados horizontales o inclinados. Los caserones y pilares son trazados sistemáticamente, asegurando una alta producción en las áreas establecidas y avanzando en dirección en forma simple. Todos los factores que participan en las distintas etapas tienen una alta utilización, tanto el personal como la maquinaria, obteniéndose a consecuencia de ellos altos rendimientos.
2.4.1.3 POST ROOM AND PILLAR (ver Fig.2.12)
Su aplicación es a cuerpos mineralizados en forma de manto, con ángulos de inclinación entre 20º y 55º con espesores de gran altura, donde el espacio dejado por la explotación,
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posteriormente es rellenado con estéril. El relleno ayuda a estabilizar los pilares y sirven de plataforma mientras se prepara la siguiente capa para extraerlas
DESCRIPCIÓN
La minería por post and pillar, se llama a una distribución de caserones y pilares que se explotan en corte y relleno de caserones. La explotación por post pillar recupera la
Mineralización en capaz horizontales, comenzando en los niveles inferiores, en las capas más profundas de la zona mineralizada y avanzando en forma ascendente.
A medida que la explotación avanza, Los pilares que soportan el techo, se pierden por el relleno de los caserones. El material utilizado en el relleno, es relave traído desde la superficie, el método requiere que se mantengan pisos horizontales, para no afectar la extracción de las siguientes capas de mineral y también el movimiento de la maquinaria. El relleno de los caserones alarga el soporte de los pilares contribuyendo a dar un mejor soporte al pilar.
Fig.2.12 Post Room and Pillar, atlas Copco RESUMEN
El post Pillar combina las ventajas del cut and fill, trabajando en caserones con piso plano y allanando el fondo con el relleno del escalón del caserón y pilar en explotación. Fácil acceso a múltiples puntos de producción, favoreciendo el trabajo de equipos mecanizados en forma eficiente con grandes rendimientos en producción.
El relleno de arena provee posibilidades de modificar los planos de los peldaños, adaptándose a un post pillar con variantes según condiciones de la roca y del mineral. El
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relleno incrementa el soporte del pilar, permitiendo altos grados de recuperación, mayores a los obtenidos en el Room and pillar clásico.
A medida que la explotación avanza, Los pilares que soportan el techo, se pierden por el relleno de los caserones. El material utilizado en el relleno, es relave traído desde la superficie, el método requiere que se mantengan pisos horizontales, para no afectar la extracción de las siguientes capas de mineral y también el movimiento de la maquinaria. El relleno de los caserones alarga el soporte de los pilares contribuyendo a dar un mejor soporte al pilar.
RESUMEN
El post Pillar combina las ventajas del cut and fill, trabajando en caserones con piso plano y allanando el fondo con el relleno del escalón del caserón y pilar en explotación. Fácil acceso a múltiples puntos de producción, favoreciendo el trabajo de equipos mecanizados en forma eficiente con grandes rendimientos en producción.
El relleno de arena provee posibilidades de modificar los planos de los peldaños, adaptándose a un post pillar con variantes según condiciones de la roca y del mineral. El relleno incrementa el soporte del pilar, permitiendo altos grados de recuperación, mayores a los obtenidos en el Room and pillar clásico.
