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MONOGRAFIA
TECNOLOGIA DE EXPLOTACION DE
LOS YACIMIENTOS
Dra.C. Maday Cartaya Pire
Dr.C.
.C. José Otaño Noguel
Dr.C. Armando Cuesta Recio
Dr.C. Yoandro Dieguez García
�Página legal
Título de la obra:Tecnología de explotación de los yacimientos, 202pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2018 -- ISBN:
1.Autor: Dra.C. Maday Cartaya Pire
Dr.C. José Otaño Noguel
Dr.C. Armando Cuesta Recio
Dr.C. Yoandro Dieguez García
2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Editorial Digital Universitaria
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e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://edum.ismm.edu.cu
�TECNOLOGÍA DE EXPLOTACION DE LOS YACIMIENTOS
Dra. C. Maday Cartaya Pire
Dr. C. José Otaño Noguel
Dr. C. Armando Cuesta Recio
Dr. C. Yoandro Dieguez García
�INDICE
Partes
Página
PARTE I.
INTRODUCCIÓN
4
EL DESARROLLO DE LAS MINAS Y AVANCE DE LOS
6
FRENTES DE TRABAJO.
I.1.
Algunos Conceptos básicos durante las etapas de explotación.
8
I.2.
Principales períodos de trabajo en la minería a cielo abierto.
19
I.3.
Esencia de los trabajos a cielo abierto.
31
I.4.
Condiciones geológicas de los trabajos mineros.
33
I.5.
Conceptos sobre los coeficientes de destape.
I.6.
Procesos productivos en los trabajos a cielo abierto.
47
APERTURA, PREPACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE LOS
50
PARTE II.
42
CAMPOS DE MINAS Y NUEVOS HORIZONTES A CIELO
ABIERTO.
II.1.
Clasificación de los sistemas de apertura en las minas a cielo
50
abierto.
II.2.
Elementos y parámetros de las trincheras.
51
II.3.
Métodos de laboreo de trincheras.
61
II.3.1.
Laboreo de trincheras con transporte ferroviario a toda su
61
profundidad.
II.3.2.
Laboreo de trincheras por capas con transporte ferroviario.
64
II.3.3.
Laboreo de trincheras con transporte automotor a toda la
66
altura del escalón.
II.3.4.
Métodos de laboreo sin utilización de transporte.
69
II.4.
Gráfico de organización de los trabajos de apertura y
71
preparación de nuevos horizontes.
II.4.1.
Apertura con trincheras sucesivas interiores.
76
II.4.2.
Apertura con sistema de trincheras cerradas interiores.
82
II.5
PREPARACION DE LAS ROCAS PARA SU EXTRACCIÓN A
88
CIELO ABIERTO.
II.5.1.
Generalidades sobre la preparación de las rocas para su
88
extracción.
1
�II.5.2
Formación de Escombreras.
91
II.5. 2.1.
Tecnología de laboreo de escombreras con excavadoras.
104
II.5.2.2
Tecnología del laboreo de escombreras con bulldozer.
110
II .6
SISTEMAS DE EXPLOTACIÓN A CIELO ABIERTO,
117
PRINCIPALES ELEMENTOS, INDICES Y PARAMETROS.
II.6.1.
Generalidades y principales elementos del sistema de
117
explotación.
III.6.2.
Clasificación de los sistemas de explotación, concepto de
120
régimen y etapas de los trabajos mineros.
II.6.2.1.
Concepto de flujos de carga y circulación de carga en las
122
canteras.
II.6.3.
Zona laboral de la cantera.
124
II.6.4.
Sistemas de explotación y sus clasificaciones.
126
APERTURA, PREPACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE LOS
136
PARTE III.
YACIMIENTOS PARA SU EXPLOTACION POR EL MODO
SUBTERRANEO.
III.1.
Principales tipos excavaciones subterráneas.
136
III.2.
Tipos de excavaciones y requisitos de seguridad.
139
III.3.
Clasificación de los esquemas de apertura según el tipo de
144
excavación y su posición con respecto al cuerpo mineral.
III.3.1.
Evaluación comparativa de los métodos de apertura.
158
III.4.
NOCIONES
159
FUNDAMENTALES
DE
LA PREPARACIÓN
SUBTERRÁNEA.
III.4.1.
Esquemas de preparación.
161
III.4.2.
Elección del esquema de preparación.
167
III.5.
ELECCIÓN DEL MÉTODO DE EXPLOTACIÓN POR EL
169
MODO SUBTERRANEO.
III.5.1.
Metodologías para la elección del Método de Explotación.
172
III.5.2.
Clasificación de los métodos o Sistemas de Explotación para
175
yacimiento metalíferos dada por M. Agoshkov.
III.5.3.
Clasificación de los métodos o sistemas de explotación para
178
yacimiento metalíferos dada por la clasificación Norteamérica.
(M.L. Jeremic).
III.6.
Ejemplos de algunos métodos de explotación subterránea.
181
III.7.
Características
197
generales
del
método
de
explotación
subterráneo.
BIBLIOGRAFÍA
200
2
�INTRODUCCIÓN
La mina más antigua que se conoce en el mundo se localiza en el Cerro de
Bomvu, en Swazilandia, y data del año 40.000 a.c, en ella el hombre de
Neandertal, minaba hematita para ritos mortuorios (López Jimeno.1998). Resulta
impresionante la tremenda perseverancia y desprecio por el riesgo que mostró el
hombre desde los orígenes de la historia en sus intentos de perforar la tierra.
Partió inicialmente, solo de sus propias manos y poco a poco confeccionó
herramientas, rudimentarios martillos, picos, cinceles. Si a esta absoluta
precariedad de utensilios de trabajo añadimos los elementales procedimientos de
entibación empleados y la ausencia de sistemas de ventilación y evaluación o
pronóstico de estabilidad de las obras, comprobamos que la minería implicaba en
la antigüedad una formidable, enorme y sacrificada labor.
En la actualidad se puede decir que la explotación de yacimientos minerales
posee un desarrollo ascendente que cuenta con novedosas tecnologías de
explotación que permiten la extracción económicamente rentable y segura de los
minerales útiles de las entrañas de la tierra. Por tanto, es evidente que la minería
constituye la base de la economía en la mayoría de los países, por lo que es
necesario el desarrollo planificado y el crecimiento de esta industria extractiva, de
la cual se obtienen las materias primas minerales y los materiales de construcción
necesarios para el desarrollo económico y social.
Los proyectos desarrollados en la minería deben responder en todas sus etapas
al aprovechamiento racional y a la extracción segura de las materias primas
minerales necesarias para la industria, que contempla desde la
prospección,
exploración, explotación, beneficio, transformación, infraestructura, mercado,
negociación, así como la investigación y transferencia de tecnología asociados a
ellas. Para garantizar esto se requiere de la aplicación de los métodos científicos
de investigación en cada uno de los procesos productivos desarrollados en la
minería, afiliados a la técnica indisolublemente ligada a la tecnología.
3
�La extracción de materias primas y materiales, demanda de una adecuada
tecnología de laboreo, así como el perfeccionamiento de ésta cuando sea
necesario. Para ello se emplean métodos y técnicas, enmarcadas en la disciplina
de Explotación Minera.
La explotación de los yacimientos minerales contempla una serie de etapas y
procesos cuyo estudio constituye el objeto de la minería, tales como; destape,
apertura o acceso, arranque; sostenimiento (fortificación), carga y transporte,
perforación y voladuras, ventilación, ordenamiento y cierre, según el modo de
explotación empleado.
El presente documento forma parte de las herramientas para enfrentar problemas
complejos durante el laboreo de minas. Se parte del conocimiento de los métodos
de investigación aplicados a la tecnología de laboreo de yacimientos que
contempla tanto la apertura como la explotación en el desarrollo de las minas, el
avance de los frentes de trabajo según el modo de laboreo y la argumentación y
cálculo de la tecnología utilizada.
Los ejemplos y actividades teórico-prácticas que se presentan permiten
sistematizar y evaluar el conocimiento sobre el tema y forman parte de la
bibliografía
que se ha publicado en los últimos años, a partir de la aplicación de
los conocimientos y métodos científicos para la solución de problemas de esta
magnitud en la minería.
4
�PARTE I. EL DESARROLLO DE LAS MINAS Y AVANCE DE LOS FRENTES DE
TRABAJO.
En la literatura especializada se recogen dos grandes grupos de modos de
explotación: los clásicos o simples, y los geotecnológicos o especiales.
Los modos clásicos o simples: son aquellos en que la separación de la mena del
macizo se realiza por el método de perforación y voladura o el uso de máquinas
de arranque como excavadoras, traíllas, combinadas, hidromonitores, entre otros.
Contamos con: cielo abierto, subterráneo y combinados.
Los modos de explotación especiales o geotecnológicos: lo constituyen aquellos
trabajos mineros que utilizan procesos físico-químicos, biológicos, térmicos, y
otros para extraer la mena de la corteza terrestre.
Ejemplos:
disolución
subterránea,
lixiviación
subterránea,
gasificación
subterránea, explosiones nucleares, bacteriológicos, subacuáticos, extracción del
calor de las rocas.
En cada modo de explotación (con excepción
de algunos geotecnológicos),
aparecen en mayor o menor grado los llamados procesos productivos o
tecnológicos, los que a su vez se dividen en:
-
principales
-
auxiliares
La tecnología de laboreo de los yacimientos: está constituida por los métodos y
equipamiento empleado para la apertura, preparación y extracción que facilitan el
desarrollo y avance de la mina; mediante la interrelación de los procesos
productivos principales y auxiliares.
Estas tecnologías y mecanización de los trabajos mineros, poseen un carácter
sistémico y complejo, se basan en los principios de continuidad, simultaneidad e
interdependencia de los procesos, el aseguramiento de la mínima distancia de
traslación de la masa minera, la disminución del número y volumen de los
5
�procesos auxiliares, el mínimo de gastos y el máximo de ingresos monetarios para
el cumplimiento de los planes de producción.
6
�MODO DE EXPLOTACIÓN
GEOTECNOLÓGICOS O ESPECIALES
CLÁSICOS O SIMPLES
Cielo Abierto
Subterráneo
Combinados
Disolución subterránea, Lixiviación, Gasificación, Explosiones
nucleares, Bacteriológicos, Subacuáticos, Extracción del calor de
las rocas.
PROCESOS PRODUCTIVOS
PRINCIPALES
AUXILIARES
Montaje
Carga, transporte,
almacenamiento de la roca y el mineral,
separación del mineral así como aquellos métodos aplicados para el
y
reparación
de
tuberías,
transporte
del
personal,
materiales, equipos, suministro de energía, ventilación, desagüe de
la mina, trabajos geológicos, topográficos, el muestreo.
control de la presión minera.
TECNOLOGÍA DE EXPLOTACIÓN DE LOS YACIMIENTOS
Apertura
Preparación
Extracción
Figura 1. Procesos productivos y tecnológicos que forman parte de la actividad minera.
7
�I.1 - Algunos Conceptos básicos durante las etapas de explotación a Cielo
Abierto y Subterráneo.
Etapas de explotación minera
1) Búsqueda Geológica.
2) Exploración.
3) Construcción de la mina.
4) Explotación de la mina.
5) Cierre de mina.
Las etapas anteriores se manifiestan en cualquier Modo de Explotación (cielo
abierto y subterráneo, combinado). Lógicamente que cada modo pose su
tecnología de explotación y sus procesos tecnológicos específicos.
Modo de explotación: Es la forma específica en que se realiza la explotación
planificada de un yacimiento y la forma en que se conciben y excavan los espacios
mineros, su orden de arranque, la ubicación espacial de sus parámetros, la forma
en que se realiza el arranque de la mina, la transportación, el control de la presión
minera, la ventilación, así como la manera apropiada de mover las rocas de caja.
Para explotar la mina, de forma general, se necesita realizar una serie de
operaciones que incluyen:
1) Apertura
2) Preparación
3) Arranque – Separación (extracción)
-
Acarreo (carga - transporte)
-
Control de la Presión Minera
Apertura: Conjunto de trabajos mineros subterráneos que permiten a través de
ellos el acceso desde la superficie terrestre hasta el yacimiento para su
8
�explotación. Mediante de estos se realiza la entrada y salida del personal y la
carga.
Preparación: Son aquellas excavaciones que se realizan desde las excavaciones
de apertura y dividen el yacimiento en escalones, niveles; bloques o paneles para
su explotación.
Dentro de la preparación se destacan las excavaciones de corte: Son aquellas que
se realizan dentro de los límites del bloque ya preparado,lo que permite el
arranque masivo del mineral.
Arranque: Consiste en separar la mena del macizo a través de diferentes
métodos. (Conjunto de operaciones que se realizan con el propósito de extraer el
mineral de los bloques ya preparados).
Aspectos generales sobre la explotación a cielo abierto.
este modo de explotación el yacimiento o la parte que se explota se realiza por
una mina a cielo abierto (cantera o campo de minas) este no es más que una
figura geométrica volumétrica caracterizada por las dimensiones en el plano y la
profundidad, forma parte de la zona de la cantera que incluye además las rocas
estériles extraídas, las plazoletas industriales y otras instalaciones productivas.
La explotación de las rocas en la cantera se realiza por capas, con adelanto en el
plano de las superiores,
habitualmente son horizontales aunque pueden ser
inclinadas o abruptas.
En caso general el concepto de capa es más amplio que el de banco - parte
separada de explotación de una capa de rocas que se presenta en forma de
escalón. En la mayoría de los casos la capa y el escalón poseen la misma altura y
dimensiones en el plano, excepto las capas abruptas.
Cuando las capas horizontales alcanzan gran altura (50 - 100 m) se pueden
explotar con escalones inclinados.
Cada banco o escalón se caracteriza por una cota de altura que corresponde al
horizonte donde se ubican las vías de comunicación. Estas cotas pueden ser
absolutas (respecto al nivel del mar) o relativas (respecto a un punto fijo de la
9
�superficie). Los
escalones horizontales poseen cota constante, los inclinados
poseen cota variable.
Las superficies horizontales o inclinadas que limitan al escalón por su altura se
denominan plazoletas superior e inferior.
La superficie inclinada que limita al escalón con el
espacio laboreado se
denomina paramento del escalón, el ángulo formado por el paramento con la
línea horizontal
se denomina talud del escalón y las líneas que unen al
paramento con las plazoletas de trabajo se denominan bordes o aristas superior
e inferior.
Existen escalones activos o de trabajo e inactivos; en los primeros se realiza la
extracción del mineral o estéril. Si en las plazoletas se ubican los equipos de
trabajo necesarios para la explotación entonces ellas se denominan plazoletas de
trabajo. Los escalones se dividen en subescalones, los cuales pueden
explotarse con diferentes equipos de excavación o el mismo equipo simultánea o
intermitentemente, pero poseen vías de comunicación comunes para ambos.
Figura No. 2. Elementos de una terraza o escalón: 1, plazoleta superior; 2, arista
superior; 3, paramento; 4, plazoleta inferior; 5, arista inferior; α, talud del escalón.
La parte longitudinal del escalón preparada para la
explotación se denomina
frente de trabajo del escalón, éste puede ser recto o curvilíneo y su longitud
puede o no variar. La preparación del frente consiste fundamentalmente en las
10
�vías de comunicación y la línea eléctrica para garantizar el trabajo de los equipos.
Como resultado de la explotación de las rocas ocurre el desplazamiento de los
escalones, en las canteras se explotan varios y se van creando nuevos en la
parte más profunda.
Las superficies laterales escalonadas formadas por los
paramentos y las
plazoletas se denominan bordos de la cantera.
Bordo de la cantera.
Figura No. 3.Bordos de la cantera.
El bordo formado por los escalones de trabajo se denomina bordo activo o de
trabajo, cuando los escalones van alcanzando su posición final en el espacio se
forma el bordo final o inactivo.
La línea que limita la cantera con la superficie terrestre se denomina contorno
superior, y la que limita la cantera por el fondo contorno inferior.
En el momento de culminación de los trabajos mineros a cielo abierto la cantera
alcanza la profundidad final, y las dimensiones finales en el plano.
Los paramentos de los escalones en los bordos inactivos, donde no se realizan
labores, se dividen por bermas de transporte o de seguridad.
El conjunto de escalones que se explotan simultáneamente se denomina zona de
11
�trabajo de la cantera.
Entre los elementos de las canteras también tenemos las
trincheras, y
semitrincheras.
Figura No. 4a. Esquema de explotación y elementos de una mina a cielo abierto.
1, excavadora; 2, camión volcador; 3, bulldozer; 4, tren de perforación; 5, niveles
de explotación 6, escombros de voladuras; 7, cuerpo mineralizado; 8,
perforaciones; 9, trinchera de entrada en el 40 nivel; 10, rampa de entrada en el
nivel; 11, escombrera.
Figura 4b. 1, Plazoleta superior; 2, plazoleta inferior; 3, paramento o escarpa;
4,bordos; 5, contorno final.
12
�Los parámetros fundamentales de las canteras son:
1 - Profundidad final (H) - durante la explotación de cuerpos minerales inclinados
o abruptos determina la potencia productiva y las dimensiones por la superficie. En
los
yacimientos horizontales y de pequeña inclinación es prácticamente
constante durante toda la explotación;
2 - Dimensiones por la superficie, largo y ancho, determinadas por las
dimensiones del cuerpo mineral, el fondo de la cantera, la profundidad y los
ángulos de los bordos;
3 - Dimensiones del fondo - las determinan los contornos del cuerpo explotado
en la cota final. Los valores mínimos se determinan por las condiciones de
seguridad en la extracción;
4 - Ángulos de los bordos de la cantera - se determinan por la estabilidad de
las rocas y la ubicación de las vías de comunicación, se toman lo más abrupto
posible para disminuir el volumen de destape;
tan φ a =
Σh
,
Σ A pt + Σ(hx cot α )
Donde:
h - altura del escalón;
A pt - ancho de la plazoleta de trabajo;
α - talud del escalón;
φ a - ángulo del bordo activo.
tan φ i =
Σh
Σ b s + Σ b s + Σ(h cot α )
Donde:
b s - b t - ancho de las bermas de seguridad y transporte respectivamente.
13
�5 - Volumen total de masa minera dentro de los contornos de la cantera. Es
un índice básico que determina la potencia productiva de la empresa, plazo de
trabajo y
otros.
En relieve llano se determina por la siguiente fórmula:
V = Sf xHf +
Pf
π
2
3
x ( H f ) x cot β + x(Hf ) x cot 2 β
2
3
Donde:
S f - área del fondo de la cantera;
H f - profundidad final de la cantera;
P f - perímetro del fondo de la cantera;
β - ángulo promedio de los bordos;
6 - Reservas de mineral dentro de los contornos
-
índice
básico para
determinar la posible magnitud de la extracción.
Aspectos generales sobre la explotación subterránea.
Mediante la explotación minera subterránea se extraen los minerales útiles que no
pueden ser extraídos desde la superficie, es decir, por medio de una mina a cielo
abierto. Esto se efectúa a través de excavaciones mineras subterráneas las que
se diferencian entre sí por variados aspectos tales como: por su posición en el
espacio las que pueden ser verticales, horizontales e inclinadas, esta clasificación
puede verse en la figura No. 69, se clasifican también según su destino como
excavaciones subterráneas de carga, transporte, ventilación, entre otras. Por su
forma en circulares, rectangulares, trapezoidales, paredes rectas y techo
abovedado, elíptica.
Además de estas excavaciones en la minería subterránea se emplean también las
excavaciones denominadas estaciones o cámaras y los realces.
14
�Las estaciones o cámaras son excavaciones sin salida directa a la superficie y
se emplean con diversos fines relacionados con la explotación del yacimiento, en
estas se ubican estaciones de bombeo, depósitos de locomotoras, almacenes.
Los realces se forman durante el proceso de extracción del mineral, se laborea el
yacimiento de abajo hacia arriba.
La piquera es una excavación sin salida directa a la superficie usada para el
descenso del mineral o las rocas estériles por gravedad.
La escalera es una excavación que carece de salida directa a la superficie,
destinada para el transito del personal, generalmente se construyen paralelas a
las galerías inclinadas.
El horno es una excavación subterránea que no tiene salida directa a la
superficie, se construye con la misma inclinación que la capa mineral y está
destinada al transporte de cargas, al tránsito del personal y la ventilación, se utiliza
mucho en el laboreo de los yacimientos de carbón.
15
�Figura No.69. Excavaciones mineras
subterráneas
Excavaciones subterráneas
Horizontales
Verticales
Pozos de sondeo: se
destina a la exploración del
yacimiento o para colocar
cargas
de
sustancia
explosiva
Excavación
Socavón
Pozo
Una
excavación
vertical
subterránea
con
salida
directa a la
superficie,
destinados a
distintos tipos
de trabajo
Pozo principal: destinado a
los trabajos de explotación
del yacimiento (ascenso
del mineral, ascenso y
descenso
de
equipos,
herramientas, materiales y
personal.)
con
salida a la superficie destinada a las labores
Con salida directa
de explotación del yacimiento (transporte de
superficie,
las rocas y mineral, entrada de equipos,
realiza
personal).
mineral a la superficie, el
la
por
al a
ella
subida
se
del
Pozo
inclinado
equipos, los materiales y el
No posee salida directa a la superficie, une
el pozo con el yacimiento.
Galería
transversal
personal, el desagüe y la
ventilación
Se emplea para el transporte de carga y del
personal y para la ventilación.
No tiene salida directa a la
superficie y está destinada
Pozo auxiliar: destinados a
realizar distintos trabajos
(desagüe, ventilación)
al ascenso y descenso del
No tiene salida directa a la superficie y para
Galería
principal
Contrapozo
horizontal
ascenso y descenso de los
mina
Pozo ciego
subterránea
Inclinadas
Una excavación vertical
subterránea que no tiene
salida
directa
a
la
superficie,
Una excavación vertical o
inclinada sin salida directa
a la superficie, que sirve
para comunicar un nivel
con otro dentro de la mina
de
o
a través de toda la longitud del yacimiento.
Puede ser de ventilación de tranasporte y de
arranque
mineral con ayuda de
dispositivos mecánicos.
Galería
inclinada
Cuando se utiliza párale
ascenso del mineral se
llama rampa y cuando se
utiliza para el descenso del
Crucero
Es una excavación subterránea sin salida
mineral se denomina
directa a la superficie y se construye
pendiente
transversalmente a través del yacimiento y
sirve esencialmente para la exploración y la
organizaron del transporte.
16
�El dimensionamiento y división del campo de mina para la explotación subterránea
se realiza a partir de una serie de parámetros que a continuación se enuncian:
Para el dimensionaminto del campo de minas se consideran:
1) Largo (L)
2) Ancho(A) yacimientos horizontales o poco inclinados.
3) Longitud por el rumbo (L)
4) Número de niveles (N)
Para lo que se deben conocer de antemano los siguientes aspectos.
•
La producción anual de la mina.
•
El esquema de apertura.
•
La altura del nivel ó el ancho del panel.
La determinación de estos parámetros se realiza con el empleo de diferentes
métodos, el más usado es el de comparación de variantes que
determinar valores arbitrarios del campo de mina con diversas
consiste en
variantes; se
analizan para cada una, las inversiones hasta el final y los gastos de extracción
con la tonelada de mineral extraído. Lógicamente se escogerá la que menores
gastos ofrezca. Si por el contrario la diferencia entre las variantes no excede al 10
%, entonces se trabajará en la que brinde mayores ventajas técnicas.
Para la división del campo de mina:
Para su extracción el Campo de Mina se divide generalmente en:
a) Niveles, subniveles y bloques - Yacimientos abruptos o inclinados.
b) Paneles y pilares de explotación - Yacimiento horizontal o poco inclinado.
Para Yacimientos abruptos o inclinados.
El Nivel: es la parte del campo de mina en un yacimiento abrupto o inclinado que
limita por el rumbo con los propios límites del campo de mina y por el buzamiento
con las galerías de transporte y la de Ventilación).
17
�Bloque: Parte del nivel que limita por el rumbo con los contrapozos límites o con
los límites del minado antiguo y por el buzamiento con la galería de transporte y la
galería de ventilación h n
= hb
Para Yacimiento horizontal o poco inclinado.
Los Paneles: Grandes partes del campo de mina de un yacimiento total o parcial.
Inclinado que por lo general tiene forma rectangular y está limitado por las galerías
de panel y las galerías maestras y muchas veces (la mayoría) algunos de sus
límites coinciden con los límites del campo de mina y poseen la inclinación del
cuerpo mineral
Pilar de explotación
Parte del panel limitado por la galería de panel y la galería de explotación (a veces
los límites geológicos del yacimiento). Como la explotación generalmente se
laborea en paralelo, estos sectores tienen forma rectangular
La altura del nivel h nivel se calcula por.
A.T pW .(1 −P)
h=
Sγ .η
Donde:
A- producción anual de la mina.
T p - duración de los trabajos de apertura.
18
�I. 2.- Principales períodos de trabajo en la minería a cielo abierto.
En caso general el trabajo en las minas a cielo abierto se caracteriza por tres
períodos fundamentales:
I - Construcción de la mina y aumento paulatino de la productividad mineral hasta
alcanzar la nominal.
II - Trabajo con productividad relativamente estable (mineral y estéril).
III - Extinción de los trabajos mineros.
La extracción de los minerales útiles del subsuelo se realiza como se ha dicho, a
través de dos modos - A Cielo Abierto y Subterráneo, y del fondo del mar por el
método submarino. La mayor difusión la obtuvo el primer modo, a través del cual
se extrae el 75 % de todas las menas, alrededor del 100 % de los materiales de
construcción y no metálicos.
La explotación a cielo abierto se realiza directamente en la superficie de la tierra e
incluye dos tipos de trabajo – Destape
y Extracción –. El primero tiene como
objetivo asegurar el acceso al mineral útil y crear las
condiciones para su
extracción, consiste en el traslado del material estéril que rodea al mineral útil.
Como resultado de la ejecución de los trabajos de destape y extracción se forma
la mina a cielo abierto (cantera), que no es más que el conjunto de excavaciones
mineras a cielo abierto. El destape y la extracción se
pueden ejecutar
simultáneamente o no pero debe existir cierto desfasaje entre ellos en tiempo y
espacio.
Por tecnología de explotación se considera al conjunto de métodos y medios
empleados para la apertura, preparación y extracción, que facilitan el desarrollo y
avance de la mina, mediante la interrelación de los procesos productivos principal
y auxiliar. Para la explotación a cielo abierto la tecnología de explotación
contempla; la apertura, el destape, la extracción; para la explotación subterránea
incluye la apertura, preparación y los sistemas de explotación.
Los procesos mineros a cielo abierto consisten en la excavación, traslación, y
19
�almacenamiento de los minerales útiles y el material de destape.
Los procesos básicos son:
- Preparación de las rocas para la excavación
- Excavación - carga de las rocas
- Transportación
- Almacenamiento de la masa minera
- Formación de escombreras
- Preparación mecánica del mineral.
A cada proceso tecnológico básico le corresponden procesos auxiliares que
permiten o facilitan su ejecución, entre ellos tenemos el abastecimiento eléctrico,
ventilación, drenaje, reparación de los equipos, control de la calidad de las menas
extraídas.
Ventajas y desventajas comparativas de los trabajos mineros a cielo abierto
respecto al subterráneo.
- Mayor seguridad del trabajo y mejores condiciones productivas
- Mejores índices económicos. La productividad del trabajo es superior en 3 - 7
veces
- Mayor ritmo de crecimiento de la productividad del trabajo
- Menores plazos de construcción que conllevan a menores gastos específicos
capitales
- Facilita la extracción selectiva, menor pérdida y empobrecimiento
Desventajas.
- Cierta dependencia de las condiciones climáticas
- Se necesitan grandes áreas para las escombreras
- Grandes gastos capitales en cortos plazos de tiempo
- Afectación al medio
Las condiciones de utilización del método a cielo abierto son variadas, se pueden
explotar yacimientos de cualquier forma de yacencia, con cualquier fortaleza de
las rocas y volumen de estéril entre 10 - 15 metros cúbicos por tonelada de mena
útil.
20
�Condiciones de utilización de los trabajos a cielo abierto.
Los yacimientos minerales laboreados a cielo abierto, se distinguen por diferentes
condiciones naturales y de yacencia, entre las cuales tenemos:
Número y potencia de cada cuerpo
Angulo de caída
Potencia de las rocas de recubrimiento
Factores topográficos
Índices cualitativos y cuantitativos del yacimiento
Propiedades físico mecánicas de las rocas de recubrimiento, encajantes y del
yacimiento mineral
Estos factores y también el valor de la materia prima mineral, la hidrogeología y el
clima de la región, la presencia en ella de recursos laborales y materiales, de vías
de transporte y otras, influyen sobre la elección del método de laboreo del
yacimiento, de los medios técnicos y el orden de realización de los trabajos.
Los tipos de yacimientos minerales se diferencian por
las siguientes
características.
Forma. (Figura No. 5)
Relieve de la superficie. (Figura No. 6)
Posición del cuerpo con relación a la superficie. (Figura No. 7)
Angulo de caída del cuerpo. (Figura No. 8)
Potencia del cuerpo. (Figura No. 9)
Estructura del cuerpo. (Figura No. 10)
21
�Isométricos - se desarrollan casi igual en todas las direcciones.
Corte vertical
Vista en planta
En forma de capas.- Desarrollados en dos direcciones con potencias pequeñas.
22
�Tubulares. (columnares )- Se desarrollan en una sola dirección.
Intermedios. – Están entre las formas señaladas anteriormente (lentes, vetas,
filones).
Figura No. 5. Clasificación de los de yacimientos minerales Por su forma.
23
�Llano
De laderas.
Elevado
Ondulados
Subacuáticos
Figura No. 6. Clasificación de los de yacimientos minerales por el relieve de la
superficie.
24
�Superficiales. Ubicados directamente en la superficie o cubierto por aluviones
con potencias hasta 20 –30 metros
Profundos.- Las rocas de recubrimiento varían desde 30 hasta 250 metros y más
30 hasta 250 metros
25
�Elevados.- Ubicados en una elevación
Elevados y profundos.- Ubicados por encima y por debajo del nivel predominante de la
superficie terrestre
Figura No. 7. Clasificación de los de yacimientos minerales
respecto a la superficie terrestre.
por la posición
26
�Horizontales y poco inclinados. Hasta 00-250 grados
Inclinados.-Desde 200 – 250 hasta 450 - 600
Abruptos.- con ángulos mayores de 450
27
�De yacencia compleja.- La dirección de caída es variable, característica de los
plegamientos y rupturas geológicas
Figura No. 8. Clasificación de los de yacimientos minerales por el ángulo de
caída del cuerpo mineral.
28
�Potencia horizontal (m)
Potencia vertical (m)
Horizontales
Inclinados y abruptos
Muy poco potentes
2-3
20 – 40
Poco potentes
4 - 20
20 - 40
Potencia media
15 – 40
50 – 120
Potentes
20 – 40
80 - 150
Denominación
Potencia
horizontal
Potencia
verdadera
Potencia
vertical
Figura No. 9. Clasificación de los de yacimientos minerales por la potencia del
cuerpo.
29
�Simples.- Estructura homogénea sin
intercalación
Dispersos.- De estructura compleja sin una ley de distribución de las
clases de mineral, condicionado y no condicionado
Figura No. 10. Clasificación de los de yacimientos minerales Estructura del
cuerpo mineral.
30
�I.3.- Esencia de los trabajos a cielo abierto
Los trabajos a cielo abierto se realizan desde la superficie de la corteza terrestre
con el objetivo de realizar la extracción de diferentes minerales. Al conjunto de las
diferentes excavaciones mineras que se forman durante este trabajo se le
denomina mina a cielo abierto (cantera)
•
Cuando se laborean cuerpos horizontales o poco inclinados se alejan solo las
rocas que los recubren; las rocas del costado yaciente (piso) no se extraen.
Figura No. 11
Figura No. 11. Laboreo de cuerpos horizontales o poco inclinados.
•
Al laborear cuerpos inclinados y abruptos, además de las rocas de recubrimiento
es necesario alejar parte de las rocas encajantes para crear los accesos del
trasporte a las distintas partes del cuerpo en profundidad y alcanzar la estabilidad
del macizo de las rocas encajantes después de la extracción del mineral. Para
31
�estos fines el ángulo del talud del macizo de roca no debe pasar de 25o-35o.
Cuando se laborean yacimientos inclinados, las rocas de recubrimiento se alejan
solo del lado colgante del cuerpo. Figura No.12 y 13.
Al laborear abruptos es necesario alejar las rocas del lado colgante y yacente.
Figura No.12 y 13. Laboreo de cuerpos inclinados y abruptos
El alejamiento de grandes masas de rocas de recubrimiento y encajantes es la
particularidad fundamental de las explotaciones a cielo abierto. Como regla, los
volúmenes anuales de rocas desplazadas sobrepasan considerablemente los
volúmenes de minerales extraídos.
32
�Los gastos fundamentales en laboreo a cielo abierto corresponden al
desplazamiento de las rocas que recubren o encajan el cuerpo. Por eso al
laborear cuerpos horizontales y poco inclinados, se tiende a desplazar las rocas
de cubierta por la distancia más corta al espacio laboreado con anterioridad.
Al laborear cuerpos inclinados y abruptos, excepcionalmente, las rocas de destape
se pueden ubicar en el espacio laboreado, si no, que normalmente se transportan
fuera de los límites de la cantera.
La seguridad en la realización de los trabajos a cielo abierto se alcanza
observando las reglas de las técnicas de seguridad por los trabajadores, y
realizando las labores espaciales para la eliminación de las aguas superficiales y
subterráneas, el sostenimiento de los paramentos de los escalones, proclives al
deslizamiento y los derrumbes y otras. En las canteras, a causas de la realización
de los diferentes procesos productivos, el polvo y los gases en la atmósfera con
frecuencia alcanzan niveles que sobrepasan las normas admisibles, por lo que es
necesario ventilar los frentes de trabajo, deprimir el polvo y otras actividades que
aseguran las condiciones higiénico-sanitarias de trabajo.
I.4.- Condiciones geológicas de los trabajos mineros.
A través de este método se explotan yacimientos de variadas formas como hemos
visto y en disímiles condiciones naturales.
Las condiciones de yacencia del yacimiento influyen en
la elección de la
tecnología y la mecanización de los trabajos mineros.
Las condiciones hidrogeológicas influyen significativamente sobre la ejecución de
los trabajos mineros a cielo abierto, cuando se cortan los horizontes acuíferos es
necesario instalar estructuras especiales de drenaje, si el flujo de agua es muy
grande (hasta 10 m3 y más por tonelada de mena extraída) se deben tomar
medidas especiales para la fortificación de los paramentos.
El nivel de inundación de las minas a cielo abierto y las minas subterráneas se
caracteriza por un coeficiente que muestra la cantidad de agua bombeada por
cada tonelada de mineral extraído.
33
�Extracción
La extracción de los minerales y rocas encajantes se realiza por capas, con un
adelanto de las superiores sobre las inferiores, como resultado de lo cual el
macizo de rocas laboreado toma la forma de bancos o escalones y en la corteza
terrestre se forma un espacio laboreado. Las dimensiones del espacio laboreado
al laborear cuerpos horizontales aumentan en el plano (figura No 14 ).
I
II
III
I
II
III
Figura No .14. Avance de los trabajos de arranque (espacio laboreado) al laborear
cuerpos horizontales
Y al laborear cuerpos inclinados y abruptos aumenta al unísono en el plano y en
profundidad (Figura No. 15 )
34
�III
II
I
II III
II
III
Figura No. 15. Avance de los trabajos de arranque (espacio laboreado) al laborear
cuerpos inclinados.
Figura No. 16. Avance de los trabajos de arranque (espacio laboreado) al laborear
cuerpos abruptos.
35
�Cada banco (escalón) se caracteriza por la cota del horizonte de ubicación de las
vías de transporte, las cotas de los escalones pueden ser absolutas (relativas al
nivel del mar) o convencionales.
Las superficies que limitan el banco en altura, se llama plazoleta inferior y
superior. La superficie inclinada que limita el banco del lado del espacio laboreado,
se llama paramento del escalón y el ángulo de esa superficie se denomina ángulo
del paramento o talud del escalón. Las líneas de intersección del paramento con
las plazoletas superior e inferior se llaman arista superior e inferior del escalón.
Ver Figura No 2 y No. 4.
Se diferencian los bancos y bordes de las canteras activos e inactivos. En los
escalones activos se realiza la extracción de las rocas, y la plazoleta inferior de
este escalón se denomina plazoleta de trabajo. Aquí, por lo regular se ubica el
equipamiento de extracción y las vías de transporte para el laboreo del escalón.
Según las condiciones de la tecnología de extracción los bancos pueden dividirse
en sub-bancos, cuyo laboreo se realiza por los mismos o diferentes equipos de
extracción, sucesivamente o al unísono, pero con vías de transporte única para el
escalón.
36
�Hs
H
Hs
I
II
Figura No. 17. División de los bancos según las condiciones de la tecnología de
extracción.
La parte del banco preparado para el laboreo según su longitud se llama frente de
trabajo del banco. En el plano puede ser lineal o curvo.
La superficie de las rocas en los límites del banco o montón donde se realiza la
extracción se llama frente.
Un yacimiento o una parte de este laboreado por una cantera se denomina campo
de cantera. Ver figura No. 4
El campo de cantera forma parte de la parcela de terreno de la cantera que
además corresponde las escombreras exteriores, la plazoleta industrial y otras
construcciones productivas.
Las superficies laterales escalonadas formadas por los paramentos
y las
plazoletas de los escalones que limitan el espacio laboreado se llaman bordes de
la cantera.
37
�Figura No. 18. Bordes de cantera.
El borde representado por los escalones activos se llama borde de trabajo
(laboral) de la cantera.
La línea que limita la cantera al nivel de la superficie terrestre es el contorno
superior de la cantera y la línea que limita el fondo o piso de la cantera es su
contorno inferior.
La posición del borde laboral y los contornos superior e inferior varían en el
espacio. Gradualmente los escalones, comenzando desde arriba, alcanzan los
contornos finales (limites de la cantera). En el momento de terminación de los
trabajos a cielo abierto estos corresponden a la profundidad final y dimensiones
finales en el plano.
38
�Figura No. 19. Profundidad y dimensiones finales en el plano de la mina a cielo
abierto.
En los bordes inactivos de las canteras no se realizan trabajos mineros y los
paramentos de los escalones se dividen por plazoletas (bermas). Se diferencian
las bermas de transporte, de seguridad y de limpieza.
Figura No. 20. Escalones o plazoletas de trabajo y bermas.
39
�El ángulo entre la línea perpendicular a la dirección del borde y que une los
contornos superior e inferior y la horizontal, se llama ángulo del paramento de los
bordes laboral o inactivo de la cantera. Su magnitud depende del estado del
macizo, de la altura de los bancos y del ancho de las plazoletas. El ángulo del
borde laboral de la cantera varía normalmente entre los 7o y 17o (a veces llega
hasta los 27o) y el del borde inactivo alcanzo hasta 25o - 35o.
γ
Figura No. 21. Angulo del paramento de los bordes laboral o inactivo de la mina a
cielo abierto.
Al conjunto de bancos que se encuentran en laboreo simultáneamente se le
denomina zona laboral de la cantera. Su ubicación se determina por la cota de las
plazoletas inferiores de los bancos superior e inferior que en el momento dado se
encuentran trabajando.
La longitud del frente de los trabajos mineros de la cantera es la longitud sumaria
de los frentes de trabajos de todos los bancos laterales.
Para introducir en el trabajo un nuevo banco en necesario crear un nuevo acceso
hacia él del transporte y un frente inicial con la correspondiente plazoleta de
trabajo.
Para ubicar las vías de transporte, por las que se desplazará la masa minara hacia
la superficie o los escalones superiores es necesario aperturar el banco (cortar el
horizonte) es decir, realizar desde la superficie o desde el banco superior
excavaciones mineras espaciales (de apertura).
40
�Estas excavaciones se unen por diferentes cotas y para eso tienen una
determinada pendiente. Las excavaciones de apertura normalmente tienen una
sección transversal aproximadamente trapezoidal o triangular y se llaman
correspondientemente trinchera o semitrinchera maestra. Al laboreo de estas
trincheras y semitrincheras se le denomina apertura del escalón (banco.)
100
70
40
Figura No. 22. Trincheras de apertura
Para crear el frente de trabajo inicial en el escalón aperturado es necesario
realizar, desde la excavación de apertura, una excavación minara horizontal (a
veces con una pendiente no grande para evacuar el agua) que se denomina
trinchera o semitrinchera de corte.
Figura No. 23. Trincheras de corte.
41
�Todos los trabajos mineros en la cantera se componen de trabajos preparatorios
(construcción de trincheras), trabajos de destape (arranque, traslación y ubicación
de las rocas de destape) y los trabajos de extracción (arranque, transportación y
almacenamiento del mineral útil).
Estos trabajos es necesario realizarlos en determinado orden, observando entre
ellos los elementos y parámetros de las excavaciones mineras en que se realizan,
determinadas relaciones y dependencias que permitan según las condiciones
técnicas asegurar en cada momento el frente de los trabajos mineros necesario,
en los bancos de destape y de extracción, la productividad y la seguridad del
trabajo del equipamiento utilizado.
El orden de realización de los trabajos preparatorios, de destape y de extracción
tomado, que asegura para un yacimiento dado la extracción segura, económica y
total de las reservas balanceadas, se llama sistema de laboreo (sistema de
explotación).
Al laborean los yacimientos minerales los rocas de destape se ubican bien en el
espacio laboreado de la cantera, o bien en plazoletas elegidas especialmente para
ello fuera de los limites del campo de cantera.
Al montón de rocas estériles o de mineral no condicionado se le llama
escombrera, Las escombreras, ubicadas en el espacio laboreado de la cantera se
llaman interiores, fuera de sus contornos exteriores.
I.5.- Conceptos sobre los coeficientes de destape.
Un importante índice de la efectividad de los trabajos mineros a cielo abierto es la
relación de los volúmenes de rocas de destape y de mineral extraídos en
determinadas escalas en diferentes etapas de la actividad de la cantera.
La cantidad de rocas de destape en metros cúbicos o toneladas por metro cúbico
o tonelada de mineral se llama coeficiente destape (k).
Se diferencian el coeficiente en volumen y el coeficiente en peso, en dependencia
de si las rocas de destape y mineral se miden en m3 o en toneladas. A veces el
42
�coeficiente de destape se mide por la relacione entre el volumen de las rocas de
destape y una tonelada de mineral (m3/t).
Para convertir los coeficientes de destape de unas dimensiones a otras se utilizan
las formulas:
m3
1 m3
γ´ t
= k
k 3 = k
γ t
γ t
m
Donde γ - densidad media del mineral, t/m3.
γ´- densidad media de los rocas de destape, t/m3
En dependencia de la forma de determinar la relación de los volúmenes de las
rocas de destape y del mineral se diferencian los coeficientes de destape:
Medio
De explotación
De capa
De contorno
Corriente
Limite
De planificación.
43
�Coeficiente medio de destape Km (m3/m3).
Es la relación entre el volumen de las rocas de destape en los contornos
finales de la cantera V R.D y el volumen de mineral en estos mismos contornos
V m.
VRD
Km=
VRD
Vm
Vm
Figura No. 24. Coeficiente medio de destape
Coeficiente de destape de explotación, Ke (m3/m3).
Expresa la relación entre los volúmenes de destape y de extracción en el
periodo de explotación de la cantera.
n
Ke =
VRD − ∑Vdconst
i =1
n
Vm − ∑VmConst
i =1
Donde
V dconst – Volúmenes de destape en el periodo de construcción de la cantera.
V mConst –Volúmenes de mineral extraído en el periodo de construcción de la
cantera.
44
�Cuando la potencia de las rocas de cubierta no es considerable y las reservas
de mineral son grandes el valor de Ke no se diferencia sustancialmente de Km.
Coeficiente
de
destape
de
capa,
Kc(m3/m3).
Vc
Vcm
Vc
Se determina dividiendo el volumen de
las rocas de destape Vc en las limites de
una capa de la cantera entre el volumen
de mineral Vcm en una misma capa.
Figura No. 25.
destape de capa
Kc=
Coeficiente
de
Vc
Vcm
Normalmente la altura de la capa se toma igual a la altura del banco.
Coeficiente de destape de
contorno, Kco (m3/m3).
Expresa la relación entre el
volumen
de
las
rocas
de
ΔVR
destape ΔV R y el volumen de
mineral ΔV m extraído de la
cantera
al
ensanchar
ΔVm
sus
contornos.
Figura No. 26. Coeficiente de destape de
contorno.
Kco=
∆V R
∆Vm
45
�Coeficiente
de
destape
corriente,
Kco R (m3/m3).
Expresa la relación entre el volumen
de
las
rocas
trasladadas
escombrera
de
de
destape
Vco R
la
cantera
a
en
un
VmCOR
la
VCOR
periodo
determinado de tiempo y el volumen
de mineral realmente extraído en este
mismo periodo de tiempo Vmco R.
Kco R=
VCOR
VmCOR
Figura No. 27. Coeficiente de destape
corriente
Coeficiente de destape limite, K l (m3/m3).
Es un índice económico de cálculo que expresa el máximo volumen de rocas de
destape trasladado de la cantera a la escombrera, permisible de acuerdo con las
condiciones de rentabilidad a cielo abierto, por unidad de mineral.
Kl=
CM − CP
CD
C M Costo permisible del mineral en el yacimiento dado, pesos/m3
C P Gastos en los trabajo de extracción. Pesos/m3 .
C D Gastos en las trabajos de destape, pesos/m3.
El coeficiente de destape limite sirve para establecer los limites de los trabajos a
cielo abierto tanto en el plano como en profundidad.
Coeficiente de destape de planificación, kp (m3/m3)
46
�Kp =
CPL − CCM
CCR
Cpl - Costo de producción del mineral planificado, peso/m3
Ccm - Costo corriente de 1 m3 de mineral, pesos;
Ccr - costo corriente de 1 m3 de trabajo de destape, pesos;
Este coeficiente se utiliza para determinar el costo de producción del mineral,
cuando se amortizan los gastos en el trabajo de destape en el proceso corriente
de producción en los trabajos a cielo abierto.
Parámetros principales de las canteras
Los parámetros principales de una cantera que caracterizan la escala de los
trabajos a cielo abierto en uno u otro yacimiento son:
1. Profundidad final.
2. Dimisiones de la cantera según el rumbo y perpendicular al rumbo del
cuerpo por la superficie. La longitud puede variar desde ciento de metros
hasta varios kilómetros y el ancho en dependencia del tipo de yacimiento
puede alcanzar también varios kilómetros.
3. Dimensiones del fondo de la cantera
4. Ángulos de los bordes de la cantera.
5. Volumen total de masa minera en los contornos de la cantera.
6. Reservas de mineral en el campo de cantera.
I.6.- Procesos productivos en los trabajos a cielo abierto
Los trabajos mineros en las canteras se reducen a la extracción, traslación y
almacenamiento de los minerales y rocas de destape.
Correspondientemente se diferencian los procesos tecnológicos (preparación de
las rocas para la extracción, trabajos de excavación–carga, transportación de la
masa minera, almacenamiento de las rocas estériles (formación de escombreras y
la descarga y o almacenamiento del mineral). Si en la cantera se realiza el
enriquecimiento primario o elaboración del mineral hasta el producto final, estos
entran también entre los procesos principales.
47
�A cada proceso básico corresponden trabajos auxiliares cuya realización asegura
la realización del proceso básico o lo facilita. Junto con esto, en las canteras se
realizan una serie de procesos auxiliares generales (Suministro de electricidad,
ventilación, desagüe, muestreo de mineral, reparación del equipamiento y otros)
que aseguran la realización de los trabajos mineros.
Los métodos básicos de mecanización de los procesos productivos son:
1. Mecánicos
2. Hidráulico
3. Combinado
En el método de excavación los procesos productivos básicos se realizan con
diferentes medios mecánicos (excavadoras, diferentes tipos de transporte
mecánico y otros); y en el hidráulico con el agua y equipamiento especial.
El método de excavación es el más universal y con el se realiza hasta el 95% del
volumen de los trabajos mineros a cielo abierto.
El método hidráulico se utiliza principalmente para el laboreo de rocas de fácil
lavado y transportación con agua, en presencia de fuentes de agua y energía
eléctrica bastante barata.
Tipos y periodos de los trabajos mineros a cielo abierto.
En dependencia del tiempo de realización los trabajos mineros a cielo abierto se
subdividen en los siguientes períodos.
-
Preparatorio
-
Construcción
-
Explotación
-
Liquidación
En el período preparatorio se realizan los trabajos de preparación de la superficie
(desvió de corrientes de agua, tala de bosques) y del macizo (desecación y
limitación de los flujos permanentes de aguas subterráneas) para los trabajos
mineros. En este mismo período se realizan los trabajos de alejamiento y
48
�almacenamiento de la capa vegetal con el fin de su utilización posterior, se
construyen caminos, se construyen plazoletas para el montaje de equipos.
La preparación de la superficie, la desecación, el alejamiento y almacenamiento
de la capa vegetal y otros trabajos se realizan también, como regla, en el período
de explotación.
Al período inversionista o de construcción capital corresponden los trabajos
iniciales para el alejamiento de las rocas de cubierta y encajantes para asegurar el
acceso al mineral y realizar sistemáticamente los trabajos de destape y extracción.
En este período se construyen las trincheras maestras y de corte y se crea un
frente estable de los trabajos de destape y extracción. Estos trabajos se realizan
también en el período de explotación. En la práctica la capacidad de producción
proyectada se alcanza poco a poco, por lo que los trabajos de construcción capital
se realizan al unísono con la explotación. La base del período de explotación son
los trabajos de destape y extracción.
El período de liquidación de los trabajos mineros, está relacionado, como regla,
con la culminación de los trabajos en los bancos de destape y extracción, por la
terminación de las reservas, el desmontaje de equipos, las vías de trasnporte.
49
�PARTE II. APERTURA PREPARACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE LOS CAMPOS DE
MINAS Y NUEVOS HORIZONTES A CIELO ABIERTO.
II.1.- Clasificación de los sistemas de apertura en las minas a cielo abierto.
Los trabajos mineros se dividen en dos grupos por su participación en la formación
de la cantera o mina a cielo abierto:
- Laboreo de las excavaciones mineras y construcciones e instalaciones
para garantizar el enlace del transporte en la mina, estos son los trabajos
relacionados con la apertura del yacimiento.
- Realización del destape y la extracción, estos son los trabajos mineros
relacionados con los sistemas de explotación.
La definición dada demuestra que la tarea general de la apertura del yacimiento
que consiste en una serie de tareas particulares - apertura y preparación de
horizontes separados -. Por ejemplo trincheras de entrada que realizan la apertura
a cada escalón en conjunto forman el sistema de trincheras, que representan el
método de apertura del yacimiento por trincheras.
Al analizar el primer aspecto se puede decir que para la apertura de los
yacimientos se construyen trincheras o semitrincheras y bermas de transporte en
los horizontes.
El método de apertura de los horizontes de trabajo se caracteriza por la forma de
las excavaciones de apertura.
La apertura de los yacimientos horizontales y poco profundos termina cuando la
cantera entra en la explotación con la potencia de producción completa.
En los yacimientos inclinados y abruptos es característica la entrada permanente
en explotación de nuevos horizontes en profundidad, por lo que la apertura, a
medida que se laborea el yacimiento, se hace más compleja.
Los factores básicos que influyen sobre los índices técnicos económicos de la
apertura son:
50
�•
Numero y volumen de las excavaciones de apertura y los gastos para su
construcción,
•
Tiempo de apertura de los horizontes y plazo de construcción total de la
cantera.
•
Distancia de transportación y gastos para este proceso productivo.
La apertura de los yacimientos debe asegurar el normal funcionamiento de los
flujos de cargas previstos en la cantera.
Al proyecta la apertura es necesario considerar que la máxima cantidad de masa
minera se transporta por las trincheras y caminos principales. El tramo de vía que
tiene la traza más compleja y el peor perfil, se denomina tramo limitante.
Según el tramo limitante se realizan los cálculos básicos del transporte.
En el nivel actual de desarrollo de las empresas mineras de extracción, la apertura
del campo de cantera puede realizarse de las formas siguientes:
- Con excavaciones mineras a cielo abierto (trincheras y semitrincheras,
presas, canales)
- Con excavaciones mineras subterráneas (socavones, pozos)
-
Con la combinación de las excavaciones mencionadas.
La mayor difusión en la actualidad la ha obtenido el método de apertura con
trincheras. Los demás métodos tienen una utilización limitada, relacionada con
condiciones minero-geológicas
específicas, por ejemplo: la combinación de
piqueras y socavones para la explotación de yacimientos en las laderas de las
montañas y cuando la cantera está situada por encima de las cotas que
prevalecen en la superficie; la apertura con presas y canales se utiliza durante la
explotación de placeres.
II.2.- Elementos y parámetros de las trincheras.
En la Figura No.28, se muestra una trinchera de apertura, es una excavación
minera inclinada que sirve para la ubicación en ella de las vías de comunicación y
se transporte por ellas el mineral útil y las rocas de destape.
51
�Las trincheras se caracterizan por los siguientes elementos y parámetros:
. Ancho por el fondo (b)
. Ángulo de los laterales (α)
. Profundidad final (igual a la altura del escalón)(h)
. Longitud (L1, L2)
. Pendiente.
L1
b
L2
h
Figura No. 28. Excavaciones mineras a cielo abierto; 1. Trinchera de apertura, 2.
Trinchera de corte.
52
�Las trincheras tienen varias clasificaciones en dependencia de diversos factores, a
continuación trataremos las más empleadas.
I.
Las trincheras
de apertura
(de entrada o maestra)
terminan
alcanza
cota
Exteriores
se
O
del
Interiores
cuando
la
Partiendo de
su ubicación
Plazo de servicio
Estacionarias (capitales),
Semiestacionarias (en el
bordo
de
la
cantera
temporalmente inactivo)
horizonte a preparar.
Temporales (en el bordo
Figura No.29 y
30
de trabajo).
II. Trinchera de corte. Se laborea a partir de la trinchera de apertura y es una
excavación preparatoria horizontal, la cual crea el frente de
trabajo en dicho horizonte .
Figura No.29. Trincheras de apertura exteriores
53
�Figura No.30. Trincheras de apertura interiores
Las trincheras de apertura y de corte poseen profundidad final igual a la altura del
escalón, sin embargo las de entrada varían su profundidad proporcionalmente a la
longitud, alcanzando el valor máximo cuando llega al horizonte que se pretende
explotar.
Los ángulos de los bordes de las trincheras independientemente de las funciones
de estas se determinan a partir de las propiedades físico-mecánicas de las rocas.
La pendiente “i” de las trincheras de corte como regla es igual a cero (en
ocasiones se deja un desnivel muy pequeño para el desagüe, en las de apertura
se determina en dependencia del tipo de transporte.
La longitud de las trincheras de apertura se determina a partir de su pendiente y la
altura del escalón (h), en los gráficos mineros se observa la proyección de la
trinchera en el plano horizontal. La longitud de las trincheras de corte se determina
en base a la longitud del bloque a preparar y el tipo de transporte utilizado.
54
�El ancho de las trincheras por el fondo (b) se establece fundamentalmente a partir
de los equipos mineros y de transporte utilizados en sus labores y los futuros
equipos de explotación.
Cada trinchera de apertura resuelve una tarea particular, preparar un nuevo
horizonte (tarea general para yacimientos horizontales de poca profundidad).
Durante la explotación de los yacimientos horizontales, inclinados o abruptos, de
gran profundidad, simultáneamente se encuentran en explotación gran cantidad de
escalones, entonces se emplean las trincheras separadas (Figura No. 31) que
sirven para garantizar el enlace entre dos escalones contiguos; se unen en una
red de transporte única y tiene lugar un sistema de trincheras, que permite realizar
el enlace con los puntos de recibimiento de la masa mineral, (escombreras,
depósitos intermedios, plantas de beneficio).
Figura No. 31. Apertura con trincheras separadas; 1, limite del campo de mina (de
cantera); 2, trincheras de los niveles III y IV; 3, trincheras de los niveles I y II.
55
�Si la apertura se realiza en las laderas de las montañas, el perfil de la trinchera es
incompleto, y se denomina semitrinchera.
Si la apertura se ejecuta con un sistema de trincheras interiores, ubicadas dentro
del contorno de la cantera, en el proceso de formación de la zona de trabajo, un
borde de la trinchera se explota y esta se convierte en una semitrinchera.
El método de apertura con trincheras incluye más de una variante, uno de los
criterios fundamentales es la ubicación recíproca del sistema de trincheras en el
espacio.
Apertura con trincheras sucesivas interiores (para canteras de forma
circular), durante el paso de un escalón a otro la dirección del movimiento
de los medios de transporte no varía (Figura No. 32 y Figura No. 42)
. Apertura con trincheras cerradas interiores (con transporte automotor
en forma de lazo), el sentido del movimiento de los medios de transporte
varía de escalón en escalón. Figura No. 43)
. Apertura con trincheras combinadas. El sentido del movimiento durante
el ascenso o descenso de los escalones varía cada 3-4 escalones.
56
�+ 0
-
-h
- 2h
- 3h
-h
L
lo
L
lo
-2h
-3h
L
lo
Figura No. 32 . Vista en planta y perfil de apertura con trincheras sucesivas .
L – longitud de la trinchera.
Lo – longitud de la plazoleta de intercepción.
H – altura del escalón.
57
�Apertura de flanco
Apertura Central
58
�Apertura por el costado yacente
Apertura por el costado
colgante.
Figura No.33. Apertura por la ubicación de las excavaciones con relación al campo
de cantera.
Apertura Por el número de escalones a que sirven
Separadas (un escalón).
De grupo (un grupo de escalones)
Generales (todos los escalones)
59
�Figura No.34. Apertura con trincheras de grupo
Por el número de trincheras que aperturan un escalón
Unitarias (una trinchera)
Pares (dos trincheras)
Las trincheras pares permiten organizar el movimiento de los medios de transporte
por separado, gracias a lo cual mejoran los índices de utilización de los equipos en
el tiempo. Se utilizan como regla, en las canteras no muy profundas o para la
apertura de los horizontes superiores de las canteras profundas.
60
�Estos son los métodos de apertura con trincheras, cada uno de los cuales se
desarrolla a medida que avanzan los trabajos mineros en la cantera en dirección
horizontal y profundidad.
II.3.- Métodos de laboreo de trincheras.
La apertura y preparación de nuevos horizontes de trabajo en las canteras
garantizan el aseguramiento de la estabilidad o el aumento de la longitud del
frente mineral, es decir, la estabilidad o el aumento de la productividad mineral de
la cantera.
De la velocidad de laboreo de la trinchera depende la duración de la apertura y
preparación de nuevos horizontes, la presencia o la ausencia de un frente
suficiente de extracción o destape, por lo anteriormente expuesto, existe la
tendencia de aumentar siempre la velocidad de laboreo de las trincheras.
Los métodos existentes de laboreo se pueden dividir en dos grupos:
. Laboreo directo a toda profundidad con frente continuo;
. Laboreo por capas, el frente se divide en capas verticales.
A partir de la ausencia o presencia de los medios de transporte existen los
siguientes métodos de laboreo.
. Con transporte;
. Sin transporte;
. Métodos combinados.
A continuación se analizan algunos ejemplos de los más característicos.
II.3.1.- Laboreo de trincheras con transporte ferroviario a toda su
profundidad.
El ancho de la trinchera por el fondo se determina a partir de las condiciones de
ubicación de la franja de transporte y el montón de rocas explosionadas.
b = x×a+ A
Donde:
61
�x - ancho del montón de rocas;
a - ancho de la franja (banda) de transporte que incluye una o dos vías y la
cuneta;
A - ancho de la banda de perforación.
Habitualmente para una sola vía (a=8 m, b=29-36 m), para dos vías (a=15 m,
b=36-45 m).
- A partir de la condición de ubicación de los equipos de carga y transporte (Figura
No.35 A, B y C y 36 ).
b = d1 + d 2 + k
Donde:
d 1 - distancia desde el eje de la excavadora hasta el borde de la trinchera,
m;
d1 = r +
0.8
− h p × Cotα
Sin α
d 2 - distancia desde el eje de la excavadora hasta el eje de la vía férrea,
con el brazo estirado al máximo;
r - radio de giro de la parte trasera de la excavadora;
0.8 - distancia mínima entre la parte trasera de la excavadora y el borde de
la trinchera;
h p - altura desde la superficie del fondo de la trinchera hasta la plataforma
de la excavadora;
k - distancia entre el eje de la vía férrea y el borde de la trinchera, (k=5 m).
- Considerando el giro libre de la parte trasera de la excavadora (durante la carga
superior).
b = 2d 1
Habitualmente b=10-20 m.
En la Figura 35A. una pala mecánica laborea una trinchera en un frente cerrado, a
toda su altura. En este caso el ancho de la trinchera por el fondo se determina por
la expresión:
62
�b=a+x+ A
En la Figura 35B, el laboreo se realiza con parejas de excavadoras, la que se
encuentra en el frente, carga el último vagón, y entre uno y otro le prepara un
montón de rocas a la segunda excavadora.
En este caso dos excavadoras cargan simultáneamente 2-3 vagones, ello
disminuye considerablemente el tiempo de carga de los trenes y aumenta la
velocidad de laboreo de la trinchera.
El ancho de la trinchera por el fondo se determina por la expresión:
b = d1 + d 2 + k
En la Figura 35C, una pala mecánica laborea una trinchera con carga superior y
ancho por el fondo b=2d 1 .
A
B
C
Figura No.35. Laboreo de trincheras con transporte ferroviario a toda su profundidad.
63
�II.3.2.- Laboreo de trincheras por capas con transporte ferroviario.
Este método se utiliza para aumentar la velocidad de construcción de la trinchera,
parte del aumento de la cantidad de equipos.
Figura No 36. Excavación de una trinchera con tajo largo con carga inferior de la
roca en vagones ferroviarios.
Existen los siguientes métodos de laboreo por capas:
. Laboreo de las capas a todo su ancho, Figura No. 37A.
. Arranque con capa superior e instalación de las vías en un solo borde,
(Figura No. 37B)
64
�. Arranque con carga superior e instalación de las vías en ambos bordes,
(Figura No 37C).
I
I
II
II
III
III
Figura No. 37A. Laboreo de las
capas a todo su ancho
Figura No. 37B. Arranque con capa
superior e instalación de las vías en un
solo borde.
I
II
III
IV
Figura No. 37C. Arranque con carga superior e
instalación de las vías en ambos bordes.
En la Figura No38 Se muestra el laboreo de una trinchera por capas con carga
superior, en este caso en cada capa el ancho de la trinchera por el fondo b 1 =2d 1 .
El ancho del fondo cuando se alcanza la profundidad final (b) depende de los
equipos y se calcula fácilmente.
65
�d1
d2
b
Figura No.38. Laboreo de una trinchera por capas con carga superior
II.3.3.- Laboreo de trincheras con transporte automotor a toda la altura del
escalón.
Los esquemas más difundidos son los cerrados o con giros circulares de los
camiones.
El esquema cerrado se muestra en la Figura No. 39A, el ancho de la trinchera por
el fondo se puede determinar por la siguiente fórmula:
b = 2d + R + lc +
x
2
donde:
d - distancia desde el borde del camión hasta el borde de la trinchera;
R - radio de giro del camión;
l c - longitud del camión;
66
�x - ancho del camión.
En dependencia de la marca del camión el valor de “b” oscila entre 25 -30 m.
En la Figura No.39B, está representado el esquema de laboreo de una trinchera
con giros circulares del camión. El ancho de la trinchera por el fondo será:
x
b = 2 d + + 2 R = 2( d + R ) + x
2
67
�B
A
A
R
R
d
R
x
b
b
A
AA´
Figura No.39. Laboreo de trincheras con transporte automotor a toda la altura del
escalón.
68
�En la conclusión del análisis de los métodos de laboreo de trincheras con
transporte se mostrará el esquema con transporte, sin transporte y transporte
combinado. La trinchera se laborea en rocas duras, después de la perforación y el
mullido, la trinchera se divide en dos capas. La superior es cargada al transporte
ferroviario ubicado en el borde de la trinchera (carga superior), la capa inferior es
cargada al transporte automotor en este caso con esquema cerrado. El ancho de
la trinchera por el fondo depende del método de llenado de los camiones por la
excavadora.
II.3.4.- Métodos de laboreo sin utilización de transporte.
Se utilizan para el laboreo de trincheras en rocas de fortaleza f =2-4 en la escala
de Protodiakonov con excavadoras de arrastre (dragalinas).
En este método se prevé la ubicación de las rocas en los bordes de la trinchera.
Los esquemas se diferencian por la ubicación de las rocas y por la construcción de
los frentes, existen los siguientes métodos:
. Frente de arranque de extremo, con ubicación de las rocas en ambos
lados de la trinchera.
. Frente de extremo con ubicación de las rocas en un solo lado de la
trinchera.
. Frente lateral con ubicación de las rocas en un solo lado de la trinchera.
El cálculo de los parámetros del laboreo consiste en la comprobación de la
correspondencia de los parámetros de la excavadora, la trinchera y la escombrera.
Esta combinación se realiza determinando la posibilidad de ubicación del volumen
de rocas extraído de la trinchera en la escombrera situada su borde.
S o = Ke × S t
Donde:
S o - área de la sección transversal de la escombrera;
S t - área de la sección transversal de la trinchera;
69
�K e - coeficiente de esponjamiento de las rocas.
Los parámetros fundamentales que se calculan son los siguientes:
. Altura de la escombrera;
. Profundidad de la trinchera;
. Ancho de la trinchera por la superficie.
El ancho de la trinchera por el fondo se determina a partir de la ubicación de los
equipos mineros y de transporte.
En la Figura No.40, se muestran los parámetros del laboreo de una trinchera con
frente de extremo y ubicación de las rocas en ambos lados.
Figura No.40. Frente de arranque de extremo, con ubicación de las
rocas en ambos lados de la trinchera.
En las figuras mostradas aparecen de manera general los siguientes parámetros:
. R d - radio de descarga de la dragalina;
. b s - ancho de la franja de seguridad (b s ≅3 m);
70
�. α - ángulo de los bordes de la trinchera;
. αo - ángulo de los bordes de la trinchera con frente lateral;
. β - taludes de las escombreras;
. K e - coeficiente de esponjamiento de las rocas;
. b - ancho de las trincheras por el fondo;
. B - ancho de la trinchera por la superficie;
. H - profundidad de la trinchera;
. H a - profundidad de arranque de la excavadora;
. H o - altura de la escombrera;
. R a - radio de arranque de la excavadora;
. l g - distancia desde el eje de la excavadora hasta el borde superior de la
trinchera.
Velocidad de laboreo de la trinchera.
Depende de la productividad de los equipos que trabajan en el laboreo de la
misma, y la sección transversal de ella.
V =
Q
St
Donde:
V - velocidad de laboreo, m/mes;
Q - productividad mensual de la excavadora, m3/mes;
S t - sección transversal de la trinchera, m2
II.4.- Grafico de organización de los trabajos de apertura y preparación de
nuevos horizontes.
Las fórmulas expuestas anteriormente nos dan la posibilidad de establecer
teóricamente el límite superior de la velocidad de profundización de la cantera.
Pero ello en gran medida depende de factores organizativos, por ello para la
determinación exacta de la velocidad de profundización de los trabajos mineros en
la cantera se debe analizar la organización de los mismos. El método más
utilizado es el propuesto Longitud = f(Tiempo) propuesto por el Prof. Arsentiev A.A.
71
�El gráfico L=f(T) permite analizar y programar cualquier variante de organización
de la profundización en cualesquiera de las condiciones de trabajo, determinar el
tiempo de apertura y preparación de nuevos horizontes, este se halla como un
intervalo de tiempo entre dos posiciones similares de los trabajos mineros durante
la preparación y apertura de los escalones contiguos.
El tiempo de preparación y apertura del nuevo horizonte representa la base para la
determinación de la velocidad de profundización de la cantera, y esta a su vez es
la base para la determinación de la productividad de la cantera. Aquí radica la
importancia de la organización de los trabajos de apertura y preparación de
nuevos horizontes.
Analicemos en un ejemplo simple el orden de ejecución del gráfico L=f(T). En la
(Figura No.41) está representado un plan conjunto de dos horizontes, de acuerdo
con este dibujo el horizonte 1 fue aperturado por la trinchera de apertura AB, con
longitud de 200 m y preparado por la trinchera de corte BC con longitud de 800 m
(los valores numéricos se dan para mayor evidencia). Si en el laboreo trabaja una
sola excavadora, después de terminar la trinchera de corte comenzará a trabajar
en la banda ´´i´´, ensanchando la trinchera, después en las bandas ´´k, l, m´´,
hasta que no sea extraído el volumen V 1 , que permite la apertura y preparación
del horizonte 2.
Teniendo un ancho de plazoleta normal (B), el frente de trabajo en el horizonte 1
(L f ) ocupa la posición D f . De esta manera se garantiza la posibilidad de
profundización de la cantera hasta el horizonte 2.
Si existe la necesidad, la excavadora comenzará inmediatamente el laboreo de la
trinchera de entrada A1B1 y después la de corte B1C1.
El tiempo de preparación de nuevos horizontes (T) se determina como el intervalo
de tiempo entre dos situaciones similares de los trabajos mineros en los horizontes
contiguos.
En el caso analizado los puntos C y C1 que corresponden a la
72
�determinación del laboreo de las trincheras de corte en los horizontes 1 y 2, de
acuerdo con el gráfico T=2.5 años. La velocidad de profundización puede ser
determinada por la siguiente expresión:
hp =
h
T
Donde:h p - velocidad de profundización, m/año;
h - altura del escalón, m.
Para aumentar la velocidad de profundización es necesario disminuir el tiempo de
preparación de los nuevos horizontes. Con este objetivo se utilizan varias
excavadoras durante la preparación de los nuevos horizontes. Si en el caso visto
utilizamos dos excavadoras, la primera laborea las trincheras de apertura, el frente
de trabajo se divide en dos bloques, L b1 = L b2 = 400 m. La segunda excavadora
comienza a trabajar en el desplazamiento del borde de la trinchera en el bloque
b 1 , cuando la excavadora N 1 ha laboreado la trinchera a una distancia tal que
permite el trabajo de la segunda, que va más rápido (debido a que la sección
transversal de la banda es menor que la de la trinchera) y que esta no se acerque
a una distancia menor que 150 m.
En el caso analizado la segunda excavadora puede comenzar 3.5 meses después
que la primera. La excavadora N 1 , después del laboreo de la trinchera pasa al
bloque b 2 , para desplazar el borde de la trinchera. La excavadora N 2 al terminar el
horizonte 1, puede pasar a laborear la trinchera de apertura A11 B11 y la de corte
B11C11. Aquí también hay que observar la distancia mínima de 150 m hasta la
excavadora N 1 que trabaja en el ensanchamiento de la trinchera en el bloque 2.
La utilización de dos excavadoras permitió disminuir el tiempo de preparación del
nuevo horizonte hasta T 1 =1.2 años y de esta manera aumenta significativamente
la velocidad de profundización.
En gráfico L=f(T), de la Figura No. 41 el trabajo de las excavadoras se representa
73
�con líneas, puesto que las secciones de las trincheras son estables, y como las
secciones de las bandas no son estables, el trabajo de las excavadoras en el
ensanchamiento de las trincheras se representa en forma de área (superficie).
74
�D
M L
k
i
C
C
1000
m
K
C´
900
C´
H1
800
700
B
H2
600
I
I
B´
500
400
A´
300
B´
200
B
B
100
i
l
A´
f
A
I–I
A
T, años
3,5
años
V
α
φ
H2
1 año
2 años
Figura No. 41. Gráfico de organización de los trabajos de apertura y preparación de
nuevos horizontes.
75
�II.4.1.- Apertura con trincheras sucesivas interiores.
En la Figura No. 42 está representada la vista de una cantera aperturada con
trincheras sucesivas interiores. Este método de apertura se utiliza con diferentes
tipos de transporte: ferroviario, automotor, transportadores de banda, skips. En
dependencia del tipo de transporte varía la pendiente de las trincheras y las
construcciones de las plazoletas de intersección de las trincheras y los escalones.
Durante la apertura con este método el sentido del movimiento del transporte no
varía al pasar de un escalón a otro.
El sistema de trincheras sucesivas ocupa en el bordo de la cantera un tramo de
longitud:
hj n −1
L ≥ ∑ Lbj + ∑ loj = ∑ + ∑ loj
1
1
1 i
1
n
n −1
n
donde:
i - pendiente media de las trincheras de apertura.
n - cantidad de escalones;
L bj - longitud de las trincheras de apertura.
L oj - longitud de las plazoletas de intersección,
h j - altura de los escalones.
En la Figura No. 42 se muestra la organización de los trabajos y su interpretación
gráfica durante la apertura con sistema de trincheras sucesivas interiores.
La excavadora N 1 laborea la trinchera de apertura AB en el escalón inferior
(horizonte 50m) y después laboreará la trinchera de corte BG, es decir, preparará
el horizonte 50m.
Cuando el frente de arranque de la trinchera se desplaza a la distancia lT, se
puede comenzar el laboreo de la trinchera de corte en el horizonte 50m. En
sentido contrario (BK) con la excavadora N 2 . Este proceso se ha representado en
el gráfico con las líneas inclinadas AB, BG, BK.
76
�La situación de los trabajos mineros en el momento de terminación del tramo de la
trinchera de corte BK se muestra en la Figura No. 42.
Para el ensanchamiento de la trinchera de corte, el frente de trabajo se divide en 4
bloques. Primeramente la excavadora N 3 y N 4 comienzan a trabajar en el bloque 2
y 3.
El proceso de trabajo se representa en el gráfico L=f(T)en forma de rectángulo.
La trinchera de apertura CD en el horizonte 35m se puede laborear en 12.5 meses
y la de corte DG dentro de 13.3 meses (Figura No. 42 C) a partir del comienzo de
los trabajos de preparación.
Comienza el trabajo en el horizonte 35m con el laboreo de la trinchera de corte
(Figura No.42D) su ensanchamiento en 4 bloques (5,6,7,8) y se laborea la
trinchera de entrada al horizonte 20 (Figura No. 42E, recta EF) .
El intervalo de tiempo entre el comienzo del laboreo de las trincheras de corte en
los horizontes contiguos T 25 y T 20 representa el tiempo de preparación de los
horizontes.
Durante el análisis de estos gráficos el Prof. Arsentiev obtuvo una expresión para
determinar la posible velocidad de profundización durante la apertura con
trincheras sucesivas interiores.
hp =
12 × Q
La + L p
1
h( Cotϕ + Cotβ ) × Lb +
+
× ( b + h × Cotα )
m
c × ( Lb + le )
La fórmula es real cuando V t ≥V o
Vt =
c×Q
h( b + h × Cotα )
Donde:
V t - velocidad de laboreo de la trinchera;
V o - velocidad de ensanchamiento.
77
�Vo =
m×Q
h 2 × ( Cotϕ + Cotβ )
es decir, cuando:
m≤
c × h × ( Cotϕ + Cotβ )
b + h × Cotα
Cuando V t =V o
hp =
12 × Q
1
(
)
ϕ
β
α
h
L
Cot
Cot
b
h
Cot
×
×
+
+
×
+
×
(
)
b
c × ( La + Lb + la + le )
Q - productividad de la excavadora, m3/mes;
h - altura del escalón, m;
ϕ - ángulo de inclinación del bordo de trabajo, grados;
β - ángulo de inclinación de la dirección de profundización, grados;
α - talud del escalón, grados;
L b - longitud del bloque de la excavadora, m;
L a - longitud de la trinchera de apertura, m;
L p - longitud de la plazoleta de intersección, m;
le
- distancia mínima permisible entre la excavadora que laborea la
trinchera y la que la ensancha, m;
b - ancho de la trinchera de corte por el fondo, m;
e - coeficiente de disminución de Q durante el laboreo de trincheras;
m - cantidad de excavadoras que trabajan en el ensanchamiento de las
trincheras.
78
�D
C
E
G
B
G
1
F
H=
35m
H
=
50m
G
b4
A
A
H=
20m
b8
b8
E
1
b3
b7
b7
4
D
D
D
H
=
50m
H = 35m
A
b6
b6
It
B
C
B
C
C
B
b2 3
K
A-A
N
A
A
b1
2
A
b5
h
V1
H - 50
2
V2
H - 35
K
H - 20
K
β
φ
M
79
�Figura No. 42. Apertura con trincheras sucesivas interiores
G
km
G
H – 20, E1
H – 35, E3
E3
V5= 260 000 m3
T5= 6 meses
T2= 6 meses
P – 50, E1
F
B8
b4
E1
V2= 360 000 m3
b3
E4
V2= 260 000 m3
It
D
T2= 5,5 meses
D
B7
E4
V5= 360 000 m3
T5= 6 meses
E
K
E3 H 35
C
b2
E3
V1=335 000m3
T2=6,3meses
lt
B6
E5
V5= 350 000 m3
T5= 7 meses
B It B
H - 50
A
b5
E6
V5= 370 000 m3
T5= 3,5 meses
b1
E2
V1= 400 000 m3
H – 50
t2
T1= 8 meses
a
b K
c
E
K
d
T/ Años
80
��II.4.2.- Apertura con sistema de trincheras cerradas interiores.
Este método está muy difundido, sobre todo en la explotación de yacimientos con
gran cantidad de escalones, porque ocupa una parte pequeña del bordo en
comparación con el sistema de trincheras sucesivas.
El esquema de apertura se representa en la Figura No.43, en ella se muestra la
vista en planta y la proyección del bordo de la cantera en la superficie.
Para la apertura del escalón con cota -h, desde la superficie se laborea la trinchera
de apertura con pendiente “i”. En el horizonte -h (menos h) se utiliza el giro
cerrado para el transporte ferroviario y el de lazo para el transporte automotor.
La apertura del horizonte -2h se realiza con otra trinchera de entrada en sentido
contrario, en este también se realiza el giro cerrado o de lazo, y así
sucesivamente. De esta manera los medios de transporte varían su sentido de
movimiento en cada escalón.
El sistema de trincheras cerradas ocupa en el bordo de la cantera una longitud no
menor que:
Lt = La + 2lt =
h
+ 2lt
i
donde:
L a - longitud de la trinchera de apertura (proyección en el plano horizontal);
l t - longitud del acceso cerrado, (cerrado o de lazo);
h - altura del escalón;
i - pendiente media de las trincheras de apertura.
En la Figura No. 43 están representadas las posiciones de los trabajos mineros, y
el gráfico L=f(T) de organización de los trabajos durante la formación del sistema
de trincheras cerradas. La posición “a” corresponde al laboreo de la trinchera de
apertura en su fase final en el horizonte 50m; “b” y “c” corresponden al laboreo de
la trinchera de corte en el horizonte 50m. El ensanchamiento de la trinchera en el
horizonte 50m, se realiza en cuatro bloques que se representan en el gráfico con
82
�rectángulos de altura igual a su longitud y ancho igual al tiempo de preparación del
bloque hasta el momento de creación de la plazoleta de trabajo normal.
El primer tramo que se ensancha es el que corresponde al bloque 3, porque en
este parte del horizonte 50m deben comenzar los trabajos de laboreo de la
trinchera de apertura en el horizonte 35m. Después comenzarán a explotarse los
bloques 2 y 4, y al final el bloque 1.
La posición “d” corresponde a la situación de los trabajos mineros en los
horizontes 50 y 35, en el momento de terminación de la preparación del horizonte
35m.
El proceso de profundización de la cantera está representado en el gráfico L=f(T).
La excavadora N 1 laborea la trinchera de entrada AF en el horizonte 50 y después
la de corte. Este trabajo se representa en el gráfico con las líneas inclinadas, AF y
FD. Cuando el frente de la trinchera se mueve a la distancia l t se puede utilizar la
segunda excavadora en el laboreo de la trinchera de corte del horizonte 50m,
(línea inclinada EF).
La trinchera de entrada del horizonte 35 m puede comenzar a laborearse después
de explotar los bloques
3 y 2, línea FE, luego comienza la preparación del
horizonte 35 m.
El intervalo de tiempo entre el comienzo de las trincheras de corte en los
horizontes contiguos representa el tiempo de preparación del nuevo horizonte (T).
La velocidad de profundización puede ser determinada por la siguiente fórmula:
hp =
h
T
Igual que para el método de trincheras sucesivas interiores, para este también
existe una fórmula analítica para determinar la velocidad de profundización.
Considerando que las excavadoras son del mismo tipo y la longitud de los bloques
iguales:
83
�hp =
12 × Q
L
1
× (b + h × Cotα )
h × ( Cotϕ + Cotβ ) × Lb + a +
m c × ( Lb + lt + le )
La fórmula es real cuando V t ≥ V o , es decir, cuando:
m=
c × h × ( Cotϕ + Cotβ )
b + h × Cotα
Si V t = V o , la fórmula toma la siguiente forma:
hp =
12 × Q
h × Lb × ( Cotϕ + Cotβ ) +
1
c × ( Lb + La + lt + le )
× ( b + h × Cotα )
En estas fórmulas:
Q - productividad de la excavadora, m3/mes;
h - altura del escalón, m;
ϕ - ángulo de inclinación del bordo de trabajo, grados;
β - ángulo de inclinación de la dirección de profundización, grados;
α - talud del escalón, grados;
L b - longitud del bloque de la excavadora, m;
L a - longitud de la trinchera de apertura, m;
L p - longitud de la plazoleta de intersección, m;
le
- distancia mínima permisible entre la excavadora que laborea la
trinchera y la
que la
ensancha, m;
b - ancho de la trinchera de corte por el fondo, m;
e - coeficiente de disminución de Q durante el laboreo de trincheras;
m - cantidad de excavadoras que trabajan en el ensanchamiento de las
trincheras.
V t - velocidad de laboreo de la trinchera;
V o - velocidad de ensanchamiento de la trinchera.
84
�La desventaja de este método de apertura es la presencia en cada escalón de
accesos cerrados, donde los trenes se ven obligados a maniobrar, ello disminuye
considerablemente la capacidad de transporte de las vías. Además, como todas
las trincheras están ubicadas en un solo borde, el ángulo de este disminuye y esto
crea un volumen adicional de trabajo.
En la práctica la apertura con trincheras cerradas frecuentemente se utiliza en
combinación con trincheras sucesivas, esto permite atenuar las desventajas de
uno y otro método.
En todos los métodos de apertura con trincheras, los sistemas de apertura se
forman en los bordos inactivos de la cantera.
En los bordos de trabajo de la cantera el enlace entre los horizontes de trabajo se
realiza a través de accesos temporales.
85
�b
c
Figura No. 43. Apertura con sistema de trincheras cerradas
interiores
d
b4
b4
B
B
b3
H
50
H
50
H
50
b3
a
F
F
H
35
b2
A
A
b2
A
A
b1
A-A
B
h
B
VP
VP
β
β
H - 50
ϕ
H - 35
H - 20
86
�Figura No. 43. Apertura con sistema de trincheras cerradas interiores
d
D
P5
E1
l0
lt
F
P35 E5
b–3
E–3
T3 = 6.5 meses
V3 = 325 t/m3
F
F
b–2
E–4
T2 = 6 meses
V2 = 320 t/m3
B - 50
P50
E2
A
D
b–4
E–1
T4 = 7 meses
V4 = 350 t/m3
0
B35
E3
C
lt
b–1
E–2
T3 = 8.2 meses
V3 = 395 t/m3
a
b
E
C
P35 E3
E
C
T (años)
87
�II.5.-
PREPARACION DE LAS ROCAS PARA SU EXTRACCION A CIELO
ABIERTO.
II.5.1.- generalidades sobre la preparación de las rocas para su extracción.
Se utiliza con el objetivo de garantizar la seguridad de los trabajos mineros, la
calidad de la materia prima extraída, la posibilidad técnica y las mejores
condiciones de utilización de los medios técnicos en los procesos siguientes.
La preparación incluye:
1. Desecación de las rocas(en el método de excavación)
2. Debilitamiento y variación del estado de
3. Fragmentación del macizo rocoso.
4. Otras formas de acción sobre las rocas para facilitar su laboreo.
El método de preparación da las rocas para la extracción depende ante todo del
tipo de estado de agregación y de las propiedades físicas de las rocas en el
macizo, de la potencia de la unidad, de la presencia de medios técnicos, los
requerimientos de la calidad de la materia prima extraída y también de las
condiciones naturales de realización de los trabajos. Los gastos específicos para
la preparación de las rocas para la extracción en los gastos generales del laboreo,
varían desde 5 hasta 40 %.
El arranque de las rocas sueltas en su estado común se realiza exitosamente con
todos los tipos de equipos de arranque de excavación–carga (la preparación
coincide con el arranque en espacio, tiempo y por los medios de mecanización).
Con el método hidráulico la coincidencia de preparación y arranque se reduce a
su lavado directo con el chorro de agua.
El arranque de rocas densas y las ligadas menos fuertes también puede realizarse
directamente del macizo por las máquinas de excavación-carga con esfuerzos de
corte elevados. Si los esfuerzos desarrollados por las máquinas de arranque no
son suficientes, la preparación de estas rocas para el arranque se reduce al
esponjamiento mecánico
o en algunos casos con voladuras. Con el método
88
�hidráulico la preparación previa de estas rocas se realiza mediante la inundación,
el esponjamiento mecánico o la voladura.
Las rocas ligadas no muy fuertes frágiles y muy frágiles se pueden preparar
exitosa y económicamente mediante el esponjamiento mecánico.
Las rocas ligadas fuertes normalmente se preparan para el arranque mediante
voladura. En este caso los procesos de preparación son la perforación y la
explosión.
Trabajos de excavación-carga
Consiste en la extracción de la masa minara del frente, su carga-traslación y
descarga en los medios de transporte o en las escombrera. Normalmente la
excavación y la carga se realiza por una misma máquina o un complejo de
máquinas de excavación-carga.
La extracción de las rocas sueltas pueden realizarse mediante excavadoras de
todos los tipos y clases (pala directa, retro excavadora, dragalina, excavadoras de
rotor, de canjilones, jaibas) y máquinas de excavación-transportación (scrapers,
buldózer, cargadores).
Para la preparación y extracción de las piedras ornamentales y de recubrimiento
se utilizan máquinas cortadoras.
La extracción de las rocas voladas se realiza con excavadoras de pala directa o
con cargadores frontales.
En la excavación-carga hay que realizar una serie de trabajos auxiliares como el
aplanamiento de las plazoleta para la excavadoras, la limpieza de sus cucharas, la
recogida de los derrames durante la carga, la limpieza del techo del cuerpo
mineral, la limpieza de las bermas de los escalones, la traslación de cables, el
suministro de materiales y repuesto. Para realizar estos trabajos se utilizan
buldózeres, scrapers, aditamentos colgantes de las cucharas de las excavadoras
winches, plataformas sobre camiones o ferrocarril.
Transporte de las rocas.
89
�Este es el proceso más trabajoso y caro (de 30 – 70 % de los gastos totales). En
las canteras anualmente se laborean y trasladan desde decenas de miles hasta
cientos de millones de toneladas de masa minera. La distancia de transportación
de las rocas de destape desde el frente a la escombrera y del mineral a los
usuarios varía desde algunas decenas de metros hasta decenas de kilómetros. A
veces las rocas desde el punto de carga hasta el punto de descarga se traslada
con las excavadoras, scrapers o buldózeres, pero lo más frecuente es que esto se
realice con diferentes medios de trasporte.
Una particularidad importante de la traslación de la masa minera es que la
ubicación de las puntos de carga en los frentes y de descarga en las escombreras
no son estacionarios, a consecuencia de lo cual las vías de transporte
regularmente se alargan o se acortan y se trasladan, lo que requiere de trabajos
auxiliares muy laboriosos.
Los tipos básicos de transporte en las canteras son:
Ferroviario
Automotor
Transportador
Otros tipos de transporte utilizados con menor frecuencia son; el skip, el transporte
hidráulico, y otros.
En algunos casos se realiza el transporte combinado.
Los trabajos auxiliares en el transporte consisten en la construcción, reparación y
mantenimiento corriente de las vías, la traslación periódica de estas y el
mantenimiento corriente a los medios de transporte.
La preparación de las rocas para la excavación se realiza con el objetivo de
garantizar la seguridad de los trabajos mineros, la calidad de la materia prima la
posibilidad técnica de mejores condiciones de utilización de los medios de
mecanización de los demás procesos
tecnológicos. La preparación incluye:
aseguramiento de la estabilidad de los paramentos; drenaje; variación de su
estado agregacional; fragmentación del macizo.
90
�La preparación de las rocas para el arranque o excavación se puede realizar por
métodos mecánicos, hidráulicos, físicos, combinados y con explosivos. La
selección del método depende ante todo del, estado agregacional y propiedades
de las rocas en el macizo, potencia productiva de la empresa, presencia de
medios técnicos, exigencias a la calidad de la materia prima, y también de las
condiciones naturales. Los gastos en la preparación oscilan entre 5-40 % del total
de los gastos de extracción.
La excavación de las rocas blandas se puede realizar con cualquier equipo de
arranque, en este caso la preparación se conjuga con la excavación y se realiza
con el mismo equipo.
La excavación de rocas densas se realiza con equipos de mayor fuerza. Las
rocas duras deben ser preparadas para la excavación
•
por métodos explosivos.
III.5.2.- Formación de Escombreras.
Estos trabajos consisten en el traslado y ubicación de las rocas de destape o el
mineral que se va a almacenar por un tiempo largo en plazoletas especiales
preparadas para este fin; el peso específico de los gastos para la formación de
escombreras oscila desde 5 hasta 20%. La formación de escombreras puede
realizarse tanto con máquinas especiales como con los medios de mecanización
de otros procesos productivos, tales como excavadoras, buldózeres,. Cuando la
traslación de las rocas se realiza en camiones, como equipos formadores de
escombreras se utiliza el buldózer.
El conjunto de procesos productivos interrelacionados que asegura la variación del
estado de agregación de las rocas de destape y del mineral y también su carga,
traslación y almacenamiento constituye la tecnología de laboreo de un yacimiento:
La tecnología y la mecanización de los trabajos mineros se basa sobre los
principios de:
Fluidez.
Simultaneidad e independencia de los procesos.
91
�Aseguramiento de las distancias más cortas de traslación de la masa minera.
Disminución del número y el volumen de los trabajos auxiliares.
Gastos mínimos de producción y máxima ganancia en la realización de la
producción.
Las labores de escombreo representan el último proceso tecnológico fundamental
en la explotación de una mina a cielo abierto. Es un proceso de mucho trabajo, de
la calidad de este depende en amplio margen el ritmo y el rendimiento económico
del trabajo de la mina.
Los gastos de las labores de escombreo en la minería a cielo abierto alcanzan el
12-15 % de los costos totales de extracción de 1 m3 de rocas estériles. Absorben
alrededor del 25 % de los trabajadores del destape.
Durante la planificación y proyección de las labores de escombreo es necesario
considerar los siguientes factores:
- Las escombreras deben tener el volumen suficiente, encontrarse a la
distancia mínima de la cantera, estar situadas en áreas sin mineral útil, no
obstaculizar el desarrollo de los trabajos mineros y facilitar la creación de
las condiciones de seguridad del trabajo.
- El método de escombreo y los medios de mecanización deben garantizar
el almacenamiento continuo de rocas, la capacidad de recibimiento, los
gastos mínimos y la productividad máxima de los trabajadores.
El laboreo de escombreras incluye los siguientes trabajos:
- descarga de las rocas en el frente de escombrera;
- distribución de las rocas en la escombrera;
- traslado de las vías de comunicación.
Las escombreras se clasifican por varios índices.
- Por el lugar de ubicación:
. Interiores.
92
�. Exteriores.
. Combinadas.
Las escombreras interiores
Figura No.44 se ubican en el espacio laboreado
durante la explotación de los yacimientos horizontales.
V
V
Figura No.44. Escombrera interior
M- Mineral
V- Estéril
Las escombreras exteriores Figura No.45, se ubican fuera del campo de minas
durante la explotación de yacimientos abruptos. En estos casos es preferible
situarlas en las laderas de las montañas, en depósitos naturales. En aquellos
casos de ubicación de escombreras en lugares llanos es necesario construir las
capas iniciales.
Existen varios métodos para construir esta capa inicial: usando las rocas de
reserva, cuando a su lado se laborean excavaciones, las rocas de esta se utilizan
para la capa inicial, usando las rocas del destape.
Los métodos de construcción de la capa inicial con las rocas de reserva o de
destape hasta la altura proyectada H o se muestran en la Figura No.46.
93
�Las escombreras combinadas Figura No.47 como regla tienen lugar durante la
explotación
de
yacimientos
horizontales
con
gran
potencia
de
rocas
suprayacentes. Antes de alcanzar la profundidad final todas las rocas de destape
se transportan hasta las escombreras exteriores y después de los escalones
inferiores a las interiores.
94
�A
V
B
C
Figura No. 45. Escombreras exteriores.
A – En espacios naturales o artificiales
B – En laderas
C – En llanuras
95
�Ho
Ho
Figura No.46. Esquema de formación de escombreras.
96
��P
Figura No. 47. Escombreras combinadas
98
��El límite de las rocas de destape para cada escombrera se determina por la
capacidad de recibimiento de estas y por cálculos técnico-económicos.
- Por su altura:
. De un piso,
. De varios pisos.
- Por el desarrollo del frente de trabajo: Figura No 47.
. Paralelas.
. En forma de abanico.
. Circulares.
100
��3
1
2
Figura No.48 Variantes de desarrollo del frente de la cantera.
1 - Paralelo
2 - Abanico
3 - Circular
102
��- Por el método de mecanización:
. De excavadoras.
. De bulldozer.
. Con formadores de escombreras de cinta.
. De arado.
. Con screpas.
. Hidráulicas.
. Combinadas.
La mayor difusión en la actualidad la han obtenido las escombreras de
excavadoras y de bulldozer. Las primeras
trabajan fundamentalmente con
transporte ferroviario y las segundas con transporte automotor.
III.5. 2.1.- Tecnología de laboreo de escombreras con excavadoras.
Se utilizan fundamentalmente excavadoras de un solo cubo con capacidad entre
4-16 m3. La capacidad de admisión de la escombrera alcanza los 500 m3/m de
longitud del frente de la escombrera.
El ancho del desplazamiento de las vías con excavadoras de 4-5 m3 oscila entre
20-25 m, para excavadoras de 8 m3 es de 30-32 m.
En los últimos años se ha comenzado a utilizar dragalinas en las escombreras. Sin
embargo aumentando la capacidad de recibimiento específico de la escombrera y
el ancho del desplazamiento de las vías, las dragalinas solo se pueden utilizar en
rocas blandas o muy bien fragmentadas, y en comparación con palas mecánicas
de igual capacidad, la duración del ciclo de trabajo es mayor, y por ende es menor
la productividad.
La desventaja general de este método consiste en la reexcavación de las rocas
procedentes de las canteras, pero ello no ha impedido la difusión universal del
método que en la actualidad es el más utilizado a nivel mundial.
En la Figura No.49 está representado en forma general el frente de trabajo. La
excavadora distribuye las rocas en la banda de escombreo de ancho “A” y longitud
“L”. El cambio de trenes vacíos y llenos se realiza en el punto de cambio (P. C.).
104
�Se representa el trabajo de la excavadora en la banda de escombreo. Cuando se
utilizan palas mecánicas, como regla el escalón de escombreo “H o ” se divide en
dos subescalones h 1 y h 2 .
La excavadora se instala en el piso del escalón superior, prepara una zanja de
recibimiento para que descarguen en ella los vagones. La excavadora reparte las
rocas por los subescalones superior e inferior.
Cuando la zona de acción de la excavadora en ambos subescalones está repleta,
esta se mueve a lo largo del frente en la Figura No.49,
se representa con una
flecha) prepara una nueva zanja de recibimiento y trabaja hasta rellenar los
subescalones.
Cuando se termina la banda de escombreo, se trasladan las vías a una posición
nueva para laborear otra banda.
105
�Figura No. 49. Laboreo de escombreras con excavadoras.
Cálculo del laboreo con excavadoras.
Las escombreras deben garantizar el trabajo continuo de la cantera, al recibir y
almacenar las rocas de destape que permiten la creación de los frentes de
extracción de mineral.
Los cálculos de las labores de escombreo con excavadoras incluyen:
106
�. Determinación de l área de la escombrera. “S”.
Para escombreras de un nivel.
S=
Vd × Ke
Ho
Para escombreras de dos niveles.
S=
Vd × Ke
Ho 1 + Ho 2 × η
Donde:
V d - volumen de rocas estériles en los contornos de la mina;
K e - coeficiente de esponjamiento de las rocas en la escombrera, (K e =1.151.4);
H o - altura de la escombrera;
H o1 -H o2 - altura de los niveles 1 y 2;
η- coeficiente de llenado del área del segundo nivel (η= 0.4-0.8).
Determinación de la cantidad de trenes que descargan en un día en la banda de
escombreo.
Nt =
f ×T
2 L + n × td + τ
V
Donde:
T - jornada de trabajo en un día;
f - coeficiente que considera la no uniformidad en la llegada de los trenes
(f=0.85-0.9);
L - distancia desde el punto de cambio hasta el lugar de descarga;
V - velocidad de traslación del tren, (7-10 Km/h);
n - cantidad de vagones en el tren;
t d - tiempo de descarga de un vagón;
τ - tiempo para el enlace durante el cambio de trenes, (τ ≅ 0.05 h).
107
�Capacidad de recibimiento diaria de la banda de escombreo a partir de las
posibilidades de transporte.
Wrt = Nt × n × V
Donde:
V - volumen de rocas en el vagón.
Capacidad de recibimiento diaria a partir de las posibilidades de almacenamiento.
Wra = Qe
Donde:
Q e - productividad de la excavadora, m3/día.
Determinación de la capacidad racional de la cuchara de la excavadora,se parte
de la interrelación que debe existir entre los equipos de transporte y carga (la
productividad de la excavadora debe ser igual a la capacidad de recibimiento de la
banda en dependencia del transporte).
Wrt = Wra
Sustituyendo los valores de W rt y W ra en fórmulas anteriores se obtiene el tipo más
racional de excavadora.
Capacidad de recibimiento de la banda de escombreo.
Wb =
Ao × Ho × L
Ke
Donde:
A o - ancho de la banda;
L - longitud de la banda de escombreo.
Ao = 0.9 × ( Ra + Rd )
Ao =
2
Ra2 + l 2 + P
Donde:
108
�R a - radio de arranque de la excavadora, m;
l - longitud de la zanja de recibimiento, l = (2-3)l v;
P - distancia de seguridad desde el eje de la vía hasta la zanja de
recibimiento, (P≅2.5 m)
l v - longitud del vagón;
H o - altura de la escombrera.
Determinación del tiempo entre traslados de las vías.
Tt =
Wb
, dias.
Wrt
Todos los cálculos anteriores son solo para una banda de escombreo. Ellos
podrán ser utilizados para toda la cantera si la productividad estéril diaria de esta
no sobrepasa la capacidad de recibimiento de una banda, en caso contrario es
necesario determinar la cantidad necesaria de estas.
Nt =
(
Wc
× 1 + tnt Tt
Wb
)
Donde:
W c - productividad estéril de la mina en un día, m3;
t nt - tiempo de nivelación de la nueva traza y traslado de la vía;
T t - tiempo de traslado de la vía.
Volumen de trabajo para el cambio de vías.
Conociendo el tiempo para el traslado de las vías en las bandas de escombreo, la
longitud de estas bandas, y el régimen de trabajo de la escombrera, se puede
establecer el volumen de trabajos viales P (metros de vías férreas al año).
R× L
P=
Tt
Donde:
109
�R - cantidad de días de trabajo al año;
L - Longitud de las bandas.
III.5.2.2.- Tecnología del laboreo de escombreras con bulldozer.
Las labores de escombreo se realizan con bulldozer como regla general cuando
las rocas estériles son transportadas por camiones. Si se cuenta con bulldozer
muy potentes (más de 500 HP) se puede utilizar racionalmente el transporte
ferroviario.
Los trabajos de escombreo incluyen:
- descarga de las rocas en el talud o en la plazoleta de descarga;
- traslado de las rocas por el talud con los bulldozeres (nivelación del
borde);
- trabajos viales y de nivelación.
Existen dos métodos de laboreo de escombreras con el transporte automotor.
. Periférico.
. De plazoleta.
En el primer caso las rocas son descargadas directamente en el talud de la
escombrera o muy cerca de este, luego los bulldozer las trasladan hacia el borde
superior del escalón. El volumen de trabajo del bulldozer depende de la distancia
entre este borde superior y la máquina que descarga.
En presencia de una base estable de la escombrera, se trata de descargar las
rocas directamente en el talud.
Para garantizar la seguridad del trabajo en estos casos se usan dos métodos:
- Se crean montículos de rocas delante del borde del escalón de la
escombrera, (Figura No. 50A);
110
�- Fijación de los camiones antes de la descarga (Figura No. 50B ) como
puntos de fijación pueden servir tornillos de cementación o máquinas
pesadas (tractores u otras).
A
0.45 – 0,8m
B
1 – 1.5m
Figura No. 50. Formas de garantizar la seguridad de los trabajos durante el
Laboreo de escombreras con Bulldozer
A – Montículos de seguridad
B – Anclado del camión
En el segundo caso (método de plazoleta), Figura No.51. las rocas se descargan
sobre toda el área de la escombrera después se nivela con los bulldozer y se
apisona con cilindros o rodillos, aquí queda lista para la segunda capa. La
distancia de transportación de las rocas por los bulldozer no sobrepasa los 5-15 m.
este método se utiliza cuando las rocas son blandas y poco estables.
111
�3
2
1
Figura No.51. Escombrera de plazoleta
Se puede señalar que el método periférico , figura No. 52. alcanza rápidamente la
altura máxima y se desarrolla en lo adelante por el área de la escombrera, y el de
plazoleta primeramente ocupa toda el área de la escombrera y va ganado altura
poco a poco, por capas.
En la actualidad la mayor difusión la obtenido el método periférico, en primer lugar
por que el volumen de rocas de elevada fortaleza sobrepasa ampliamente al de
rocas blandas.
112
�Figura No. 52. Escombreras periféricas.
113
�Cálculo de las labores de escombreo con bulldozer.
Estos cálculos consisten en la determinación del área de la escombrera, longitud
del frente de descarga, y la cantidad necesaria de bulldozer.
Los datos iniciales para el cálculo están representados por el volumen de rocas a
almacenar, W, productividad diaria (turno) estéril de la cantera, volumen real de
rocas transportadas por u camión en un viaje.
Determinación del área de la escombrera.
Se
W × Ke
He × K a
Donde:
W - volumen de rocas que serán depositadas en la escombrera durante
toda su existencia;
K e - coeficiente de esponjamiento de las rocas en la escombrera ( K e =1.051.2);
H e - altura de la escombrera;
K a - coeficiente que considera los taludes y la no uniformidad del llenado de
la escombrera (para escombreras de un nivel (K a =0.8-0.9) y para dos niveles
K a =0.5-0.7).
Determinación del número de tramos de la escombrera.
En las escombreras de bulldozer es necesario determinar la cantidad de tramos
activos que son de descarga, de nivelación y de reserva. El orden de cálculo es el
siguiente:
- Se determina el número medio de camiones que descargan en la
escombrera en una hora.
N=
Aeh × f n
Qc
Donde:
114
�A eh - productividad estéril de la mina m3/h.
f n - coeficiente que refleja la no uniformidad del trabajo de destape de la cantera.
f n =1.25 - 1.5
Q c - volumen de rocas transportadas por un camión en un viaje.
Cantidad de camiones que descargan simultáneamente en la escombrera.
No = N ×
td
60
Donde:
t d - duración de la descarga y maniobra de un camión.(t d =60-100s)
A partir del número de camiones que descargan simultáneamente en la
escombrera se determina la longitud del frente de descarga de la escombrera.
Ld = N o × b
Donde:
b - ancho de la franja ocupada por un camión durante las maniobras de descarga
(el valor mínimo b=18-20m, el máximo b=30-40 m).
El número de tramos de descarga en la escombrera trabajando simultáneamente
se determina por la fórmula siguiente:
Ns =
Ld
60 ÷ 80
El número de tramos que se hallan en fase de nivelación como regla se toma igual
al anterior
Nn = Ns
El número de tramos de reserva habitualmente se determina por la fórmula
siguiente:
Nt = Ns + Nn + Nr
A partir del número total de tramos de la escombrera se puede determinar la
longitud total del frente de la escombrera.
115
�Lt = (60 ÷ 80) × N t
Cantidad necesaria de bulldozer.
El número de bulldozer de trabajo se determina a partir del volumen de trabajo en
la escombrera que se establece de la siguiente forma:
Vt = Aeh × K
Donde:
K- coeficiente que considera la cantidad de rocas que quedan en la plazoleta
durante la descarga del camión.
K=
Vo
Vc
Donde:
V o - volumen de rocas que se quedan en la superficie de la plazoleta
durante la descarga;
V v - volumen de rocas que carga el camión.
Entonces la cantidad de bulldozer se determina por la siguiente fórmula:
Nb =
V
Qb
Donde:
Q b - productividad media horaria del bulldozer.
El parque inventarial del bulldozer se determina de la siguiente forma:
Ninv =
Nb
α
Donde:
α - coeficiente de utilización del parque de equipos.
116
�II.6.-
SISTEMAS DE EXPLOTACIÓN A CIELO ABIERTO, PRINCIPALES
ELEMENTOS, INDICES Y PARAMETROS.
II.6.1.- Generalidades y principales elementos del sistema de explotación
Por Sistema de Explotación se entiende el orden de formación de la zona de
trabajo de la cantera en tiempo y espacio, que se caracteriza por el desarrollo
armónico de los trabajos mineros en los escalones, formas de los frentes y
dirección del desplazamiento.
El sistema de explotación debe caracterizar el desarrollo de los trabajos de
preparación y extracción en la mina a cielo abierto.
Es necesario señalar, que la tecnología del trabajo de destape se diferencia muy
poco de la tecnología de extracción, en muchas ocasiones en un escalón de
trabajo se realizan ambas labores con el mismo equipamiento.
Los horizontes de extracción y destape se preparan con ayuda de trincheras de
corte y zanjas de preparación, las cuales representan las excavaciones mineras
de preparación.
Tanto los trabajos de destape como los de extracción se caracterizan por dos
particularidades básicas: tipo y dimensiones de los equipos tecnológicos
empleados y el carácter del desplazamiento en el tiempo y espacio de los frentes
de arranque y de trabajo.
La primera particularidad determina los métodos de mecanización del arranque y
transporte de las rocas, estos varían frecuentemente por el progreso técnico.
La segunda particularidad determina el sistema de explotación, el carácter del
desarrollo de los trabajos mineros en la mina a cielo abierto. Los parámetros del
sistema de explotación dependen del tipo de equipamiento utilizado y a su vez
influyen en la efectividad del trabajo de estos.
117
�A diferencia de los métodos de arranque y transporte los sistema de explotación
varían muy poco en el tiempo, y con el arribo de nuevos tipos de máquinas
adquieren nuevas particularidades.
Los sistemas de explotación y los métodos de arranque y transportación (o
esquemas de mecanización compleja) representan dos caras de un mismo
proceso de explotación de yacimientos. Al mismo tiempo con un mismo sistema de
explotación es posible utilizar diferentes variantes de mecanización del arranque,
carga y transportación de las rocas y el mineral y viceversa, un método de
arranque puede ser utilizado en varios sistemas de explotación.
El sistema de explotación previsto durante la proyección, predetermina el tipo de
equipos mineros y de transporte, los principales parámetros de la cantera y sus
principales elementos, y también los índices técnico-económicos del trabajo de la
cantera.
Los principales elementos del sistema de explotación son: escalones de trabajo,
bandas de excavación, plazoletas de trabajo, trincheras de corte, zanjas de
preparación, escombreras interiores.
Los principales parámetros del sistema de explotación son: altura (h) y talud del
escalón, ancho de la banda de excavación, talud del bordo de trabajo de la
cantera, longitud del frente de trabajo para un equipo de carga (longitud del bloque
de excavación), longitud del frente mineral, longitud del frente de destape, longitud
total del frente de trabajo.
n
Lm = ∑ li
i =1
m
Ld = ∑ l j
j =1
118
�r
Lt = ∑ l k
k =1
Donde:
i, j, k - Cantidad de escalones de extracción, destape y total
respectivamente;
l i , l j , l k - Longitud de los frentes de extracción, destape y total
respectivamente.
Los sistemas de explotación se caracterizan por los siguientes índices
fundamentales:
- Velocidad de desplazamiento del frente de arranque (V fa )
V fa =
Q
m / mes
A×h
- Velocidad de desplazamiento del escalón de trabajo.
V ft =
12 × Q
= h p ( Cotϕ + Cotβ ) , m / año.
Lb × h
- Velocidad de profundización de la cantera (h p )
hp =
V ft
Cotϕ + Cotβ
- Velocidad de descenso de los trabajos de extracción (h ext )
V ft
Cotϕ + Cotβ
=
hext = h p
Cotϕ + Cotγ Cotϕ + Cotγ
- Productividad por unidad de longitud del frente de extracción (mineral)
m=
Am
Am
= n , m 3 / Km. año
Lm
∑ li
i =1
- Productividad por unidad del frente de destape (a e )
e=
Ae
A
= m e , m3 / Km. año
Le
∑ lj
j =1
119
�- Productividad en masa mineral por unidad del frente total de trabajo (mm)
mm =
Amm
m
∑l
k =1
, M 3 / Km / año
k
- Pérdida de mineral útil, reflejada por el coeficiente de pérdida (η)
η=
∆P
P
- Empobrecimiento cualitativo (disminución del contenido mineral útil a partir
de la adición de rocas estériles (ρ)
α −α'
ρ=
α
- Empobrecimiento cuantitativo (ρ')
ρ' =
V
P
Donde:
A m - productividad mineral de la cantera;
A e - productividad estéril de la cantera;
P - volumen planificado de extracción de mineral;
∆P - pérdidas absolutas de mineral, m3;
α - contenido de componente útil en el mineral (en el macizo), %;
α' - contenido de componente útil en el mineral extraído, %;
V - cantidad de rocas estériles adicionadas al mineral, m3.
Algunos elementos e índices de los sistemas de explotación, como los escalones,
velocidad de profundización, son también elementos e índices de la apertura del
campo de cantera.
II.6.2.- Clasificación de los sistemas de explotación, concepto de régimen y
etapas de los trabajos mineros.
120
�Como ya vimos, la relación cuantitativa de los volúmenes de los trabajos de
destape y extracción se expresa por medio de los coeficientes de destape.
La sucesión de los trabajos de destape y extracción durante el período de
existencia de la cantera para la cual se asegura un laboreo del yacimiento
planificado, seguro y económico se caracteriza por el régimen de los trabajos
mineros a cielo abierto.
Se diferencian los regímenes uniformes y no uniformes de los trabajos mineros.
Los regímenes uniformes, Figura No, 53, (una etapa) son característicos para
unidades con un plazo de servicio no grande.
Ti
T2
T3
Figura No.53. Régimen uniforme de trabajo
Cuando la explotación de un yacimiento es muy prolongada es racional un
régimen no uniforme (multietapa), Figura No. 54.
121
�Ti
T2
T3
Figura No.54. Régimen no uniforme de trabajo
La magnitud de las etapas se elige de modo que corresponda con el plazo de
amortización del equipamiento básico de la cantera. El paso de etapa en etapa en
tiempo se corresponde con la necesidad de cambiar el equipamiento que ha
envejecido. El establecimiento de regímenes racionales de los trabajos mineros es
particularmente complejo e importante en el laboreo de cuerpos inclinados y
abruptos, cuando los índices económicos de la actividad de la cantera varían
debido a la necesaria y permanente profundización de los trabajos mineros.
II.6.2.1.- Concepto de flujos de carga y circulación de carga en las canteras.
Un flujo de carga de determinada calidad se caracteriza por una dirección
relativamente estable (en el tiempo) y determinado volumen de traslados en un
turno o día.
Si el escalón está formado por rocas homogéneas (destape o mineral) en sus
límites se forma un flujo de carga elemental de roca de destape o de mineral. Si el
escalón está compuesto, por ejemplo, por rocas de destape y mineral en sus
límites se forman dos flujos de carga elementales. Al complicarse las condiciones
de yacencia de las rocas se puede formar un gran número de flujos de carga
122
�elementales. Los flujos de carga elementales en un escalón se unen en un flujo de
carga del escalón. A su vez los flujos de carga de los escalones se tiende a unirlos
en el flujo de carga de la cantera.
Se diferencian los flujos de cargas convergentes y divergentes (figura No.55)
Figura No. 55. Flujos de carga divergentes y convergentes.
y también concentrados y dispersos. Figura No. 56.
123
�Figura No. 56. flujos de carga concentrados y dispersos.
Un flujo de carga se considera concentrado si los flujos de carga básica se
desplazan por una vía de transporte de salida y disperso si los flujos de carga
independientes se trasladan por diferentes vías básicas.
La circulación de carga la de cantera es la cantidad de carga (en toneladas o
metros cúbicos) por unidad de tiempo (hora, turno, día, año).
II.6.3. Zona laboral de la cantera.
La zona laboral de la cantera corresponde a aquella parte de ella en la que se
realizan los procesos productivos básicos, es decir, el conjunto de bancos que se
encuentran en laboreo simultáneamente.
La zona laboral a medida que se desarrollan los trabajos mineros se amplia desde
las dimensiones iniciales de la trinchera de corte hasta que su arista superior
alcanza el contorno final de la cantera al nivel de la superficie. El desarrollo de la
124
�zona laboral en profundidad continúa hasta el momento que los trabajos mineros
alcanzan la profundidad final de la cantera. Al laborear yacimientos horizontales y
poco inclinados la zona laboral varía muy poco en altura. Estas zonas laborales se
denominan sin profundización (condensadas).
Hzl
Hb
Figura No. 57. Zonas laborales sin profundización (condensadas).
Al laborear yacimientos inclinados y abruptos las dimensiones de la zona laboral
varían tanto en al plano como en altura. Estas zonas laborales se denominan con
profundización.
B4
B3
B2
B1
H1
H2
H3
H4
Figura No. 58. Zonas laborales con profundización.
125
�II.6.4.- Sistemas de explotación y sus clasificaciones.
Sistema de explotación: es un orden establecido de realización de los trabajos de
destape, extracción y preparatorios que posibilita el laboreo seguro, económico y
total de los recursos observando las medidas de conservación del medio.
Los sistemas de laboreo o de explotación de los cuerpos horizontales y poco
inclinados, en el período de la explotación se caracterizan solo por el orden de
realización de los trabajos de destape y extracción y las variaciones de la longitud
del frente de los trabajos o la altura de los escalones aislados. Los trabajos
preparatorios, en este caso, terminan con la creación del frente primario de los
trabajos de destape y extracción. Estos sistemas de explotación se denominan
sin profundización ya que para ellos es característica una ubicación constante de
la zona laboral.
La particularidad característica del laboreo de los yacimientos inclinados y
abruptos es que a medida que se desarrollan los trabajos mineros en profundidad
la altura de la zona laboral aumenta y es necesario en relación con esto, realizar
trabajos preparatorios durante todo el período de explotación.
Los trabajos preparatorios en el período de explotación son necesarios para la
apertura de los horizontes en profundidad y para la creación de un frente estable
de los trabajos de destape y extracción. Tales sistemas de explotación se
llaman con profundización, ya que para ellos es característico el traslado de la
posición laboral.
Las clasificaciones de los sistemas de explotación se basan en:
-
El desarrollo general de los trabajos mineros en relación con los contornos
del campo de cantera.
-
La dirección de desplazamiento de las rocas de destape
-
La forma de realización de los trabajos de destape.
126
�Por el desarrollo general de los trabajos mineros en relación con los
contornos del campo de cantera los sistemas de explotación se dividen en:
-
Longitudinales (de uno o dos bordes), el frente de los trabajos de destape
y extracción se desplaza paralelamente a la longitud del campo de cantera.
Figura No. 59. Sistemas de explotación longitudinales según los contornos del
campo de minas (cantera).
Transversales (de uno o dos bordes) el frente de los trabajos de destape y
extracción se desplazan paralelamente al eje corto del campo de cantera.
Figura No. 60. Sistemas de explotación transversales según los contornos del
campo de minas (cantera).
127
�En abanico (central y distribuido) el frente de los trabajos de destape y extracción
se desplaza en abanico con puntos de giros centrales o distribuidos.
Figura No. 61. Sistemas de explotación en abanico según los contornos del campo
de minas (cantera).
Anulares (centrales o periféricos): El frente de los trabajos de destape y
extracción se ubican por todo el borde de la cantera y se desplaza desde el centro
hacia los límites del campo de cantera o desde el límite de este hacia el centro.
128
�Figura No. 62. sistemas de explotación anulares según los contornos del campo
de minas (cantera).
.
129
�Por la dirección de desplazamiento de las rocas de destape los sistemas de
laboreo se clasifican en:
Con desplazamiento transversal de las rocas a la escombrera sin medios de
transporte; se denominan normalmente sin transporte
Figura No.63. Sistema de laboreo con desplazamiento transversal según la
dirección de desplazamiento de las rocas de destape.
Con desplazamiento longitudinal de las rocas a la escombrera con medios de
transporte, se denomina normalmente con transporte.
Figura No.64. Sistema de laboreo con desplazamiento longitudinal según la
dirección de desplazamiento de las rocas de destape.
130
�Combinados: Con desplazamiento transversal y longitudinal al unísono de las
rocas a las escombreras. Estos sistemas tienen signos de los sistemas con
transporte y sin transporte.
Figura
No.65.
Sistema
de
laboreo
combinado
según
la
dirección
de
desplazamiento de las rocas de destape
Por la forma de realización de los trabajos de destape los sistemas de
laboreo se dividen en:
Sin transporte, con desplazamiento de las rocas desde los frentes hasta la
escombrera interior por medio de las excavadoras de destape (palas directas o
dragalinas). Figura No 66.
131
�Figura No.66. Detalles del sistema simple de laboreo sin transporte.
132
�Figura No. 67. Detalles del sistema simple de laboreo sin transporte
133
�Con escavadora única, los trabajo de destape y extracción se realizan por la
misma escavadora alternativamente. Las rocas de destape se trasladan al espacio
laboreado y el mineral a una tolva móvil ubicada en la superficie. De la tolva el
mineral se carga a los medios de transporte.
Con transporte de escombrera. Las rocas de destape se trasladan a las
escombreras interiores por medio de los puentes de escombrera a las consolas
formadoras de escombreras.
Especiales. Las rocas de destape se alejan por medio de grúas torres, scrapers,
medios hidromecánicos, buldózer y otros equipos especiales.
Con transporte: Las rocas de destape se desplazan a las escombras con medio de
transporte. Estos sistemas son más complejos y menos económicos que los
sistemas sin transporte, pero pueden utilizarse para cuales quiera condiciones de
yacencia de los cuerpos minerales y por eso son los más utilizados.
134
�Figura No. 68. Esquema de una Mina a Cielo abierto, Río Tinto,
España.
135
�PARTE
III.-
APERTURA
PREPARACIÓN
Y
EXPLOTACIÓN
DE
LOS
YACIMIENTOS PARA SU EXPLOTACION POR EL MODO SUBTERRANEO.
III.1. Principales tipos excavaciones subterráneas.
A) Pozo Vertical: a partir de la función que realizan en el yacimiento se dividen
en: principal, de ventilación y auxiliar.
Leyenda:
1. Pozo vertical
2. Recorte
9
3
1
3. Contrapozo de apertura
4. Galería Transversal
5. Pozo Ciego Interior
6. Galería Transversal de nivel
6
7. Rampa
4
8. Galería Transversal Maestra
9. Galería de mina
8
2
5
7
Figura No.70. Excavaciones mineras subterráneas
B) Galerías transversales y longitudinales:
En función de la cantidad de masa menífera que salga por cada excavación
se dividen en:
- Maestras: Por ella sale toda la masa menífera del yacimiento. Un ejemplo típico
lo constituyen las galerías maestras de los yacimientos de carbón.
136
�Pendiente
Galería transversal
Rampa
Figura No. 71: Galería transversal maestra (a).
-
De nivel: Por ella sale toda la masa menífera de un nivel.
b
Figura No. 72: Galería transversal de nivel (b).
- De grupo: Se realiza con el objetivo de explorar nuevos cuerpos en un mismo
yacimiento.
137
�C
Figura No.73. Galería transversal de grupo (c).
-
De concentración: En ella se concentra toda la masa menífera de uno o
varios niveles. Figura 74.
d
Figura No.74. Galería transversal de concentración (d).
138
�C) Contrapozo de Apertura. Figura No. 75.
e
Figura No. 75. Contrapozo de apertura (e).
Es conveniente aclarar que no todos los autores denominan estas excavaciones
de la misma manera. Por ejemplo, Borisov a las galerías transversales las
denomina cortavetas.
III.2. Tipos de excavaciones y requisitos de seguridad.
Anteriormente se definió el concepto de trabajo de apertura como el conjunto de
operaciones y excavaciones subterráneas que comunican la superficie con un
punto del yacimiento. A lo que se añade, que por razones de seguridad todo
yacimiento se apertura por lo menos a través de dos excavaciones o series de
excavaciones subterráneas: por una se envía el aire fresco al interior de la mina y
por la otra se expulsa el aire viciado a la superficie, luego de haberse ventilado los
frentes de trabajo.
De acuerdo con la función que realizan las excavaciones de apertura se clasifican
en:
Principales
Auxiliares
139
� Complementarias
De grupo
Las excavaciones de apertura principales se utilizan para la extracción de la
masa minera a la superficie, para la ventilación de la mina, para el transporte de
equipos, materiales y el personal debajo mina. Son los pozos verticales, pozos
inclinados, socavones y galerías transversales.
Las excavaciones de apertura auxiliares se destinan para determinados usos
específicos diferenciándose de las principales en que por lo general tienen una
sección de menor área. Son los pozos o redes de contrapozos que se comunica
con la superficie que se utilizan para el descenso de material de relleno y otros
materiales, para la ventilación, como vía de escape como son las excavaciones de
reserva para la extracción y otros fines.
Las excavaciones de apertura complementaria tienen como función llegar hasta
los niveles profundos de la mina. A ella pertenecen los pozos ciegos o
interiores, tanto verticales como inclinados.
Las excavaciones de grupos se utilizan para la apertura de cuerpo minerales que
se encuentran distantes de la excavación de apertura principal, por lo general
como consecuencia de su descubrimiento tardío.
Esquema de apertura según la posición relativa de extracción y
ventilación.
La ubicación relativa de los pozos de extracción y ventilación entre si y con
respecto al cuerpo mineral brinda esquemas que basan su diferencia principal en
el recorrido que realiza la corriente de aire bajo mina, razón por la cual se
conceptúan como esquema de ventilación, sin embargo aperturan y la
consecuencia de su elección van mas allá de los limites de la ventilación de minas.
Existen dos esquemas: central y diagonal.
El esquema central se caracteriza porque tanto el pozo de extracción como el de
ventilación se encuentran ubicados en la cercanía o en el mismo centro de masa
140
�del campo de mina, situándose los pozos a una distancia mínima de 30 m uno del
otro por razones de seguridad.
Figura No.76. Disposición reciproca de los pozos principal y auxiliar (en el plano)1pozo principal, 2- pozo auxiliar, a) esquema central, b) diagonal, c) central
diagonal, d) disposición mutua del pozo principal y de cuatro pozos auxiliares.
Las ventajas que ofrece este esquema son las siguientes:
1. Permite una mayor concentración de las edificaciones de sobre mina lo que
facilita una mayor organización y dirección de los trabajos que se realizar el la
superficie, disminuye las vías de comunicaciones y reduce el área total del
complejo de superficie, esto último es de gran importancia en las minas que se
encuentran en zonas montañosas.
2. Requiere una cantidad pequeña de pozos lo que tiene gran significado en
minas de mediana y pequeña producción que laborean yacimientos a grandes
profundidades.
3. Al estar ubicados los pozos uno cerca del otro permite el laboreo en ascenso
de uno de ellos con el consiguiente aumento de la higiene del trabajo,
velocidad de laboreo y disminución de los gastos. La profundización de los
pozos también resulta más cómoda.
4. Disminuye el plazo de puesta en marcha de la mina al crearse con rapidez el
flujo de la corriente de ventilación.
141
�5. Ofrece la posibilidad de proyectar un solo pilar de seguridad de los pozos o un
número mínimo de ellos, lo cual disminuye las pérdidas de mineral cuando es
imposible evitar dejar pilares con reservas minerales.
Sus desventajas son:
1. Dificultades en la ventilación de la mina: posibilita la formación de cortocircuitos
en la corriente de aire; el aumento constante de las longitudes totales de las
excavaciones de preparación, obliga a un mayor control de la ventilación e
impide elaborar un solo proyecto de ventilación.
2. La existencia de “prácticamente” una sola salida de la mina resulta muy
peligroso para la evacuación del personal en caso de averías (derrumbe,
fuego, inundación).
El esquema diagonal (llamado también de flancos) (figura No.
b y c), se
subdivide en esquema central diagonal y diagonal propiamente dicho. En el
primero de los casos el pozo de extracción esta situado en o cercano al centro de
masa del campo de mina y los pozos de ventilación en los flancos o limites del
campo de mina; en el segundo tanto el pozo de extracción como el de ventilación
están situado en los flancos.
Las principales ventajas de los esquemas diagonales son:
1. ventilación más barata, segura y sencilla.
2. ofrece mayor información geológica del yacimiento y en el drenaje del campo
de mina.
3. mejora las condiciones de seguridad de la mina al crear más vías de escape.
Entre las mayores desventajas se encuentran:
1. mayores gastos en
el laboreo y mantenimiento de las excavaciones de
apertura.
2. aumento del tiempo de puesta en marcha de la unidad productora al tener
necesidad de terminar.
Requisitos de seguridad
142
�Durante la apertura de un yacimiento es necesario tener en cuenta un conjunto de
factores que influyen en el estado tensional del macizo, (aparte del relieve, las
propiedades físico-mecánicas de las rocas y los elementos de yacencia). Todos
ellos, se deben analizar pues una vez extraído el mineral, las rocas que circundan
el macizo comienzan a descender desmoronándose ocupando el espacio
laboreado. Este hundimiento y bajo determinadas condiciones puede afectar la
superficie.
La profundidad de explotación segura cuando el movimiento de las rocas llega
hasta la superficie, depende de la relación entre la profundidad de yacencia y su
potencia. Esa correlación, para que la profundidad de explotación ofrezca
seguridad, no debe ser menor de 200 m.
Ahora bien, si la profundidad de explotación es menor que la profundidad de
seguridad, entonces se formará en la superficie una depresión, circunscripta por
los límites del desplazamiento del terreno denominada zona de deslizamiento. En
esta zona existe otra que se destaca por la formación de grietas y un
desprendimiento más intenso de las rocas. Es la denominada zona de derrumbe,
Figura No.77 .
Figura No.77. Esquema de dislocación de las rocas, al ser explotado el mineral.
143
�De ahí que el ángulo formado entre la horizontal y el colgante del cuerpo mineral
sea el de deslizamiento por el colgante y el otro sea del yacente. El formado en la
zona de derrumbe se denomina ángulo de derrumbe del colgante y yacente
respectivamente. En dependencia de las condiciones de explotación estos ángulos
toman valores diferentes y varía entre 30-40 grados para condiciones
desfavorables de explotación y entre 70-80 grados par condiciones difíciles de
explotación.
Por tanto, las excavaciones de apertura deben situarse fuera de dichas zonas de
deslizamiento a una distancia no menor de 20-60 m. en la práctica mundial los
valores de estos ángulos oscilan en:
1- rocas de caja fuertes y estables…….55-80 grados
2- rocas blandas…………………………. 30-50 grados
3- Rocas o suelos secos…………………………….37-45 grados
4- Rocas o suelos húmedos…………………………25-37 grados
5- Rocas o suelos muy húmedos……………………20-30 grados
Es importante tener en cuenta que no siempre las excavaciones mineras
atraviesan un solo tipo de roca, en el caso de existir dos o más tipos litológicos
cada ángulo de deslizamiento se determina capa a capa.
Otra forma de conservar las edificaciones de superficie sobre mina es dejando
pilares de seguridad, o sea porciones de cuerpos de mena que no serán extraídos
durante la explotación minera. De estos pilares por lo general se pierde de un 4060 % de mineral. El dimensionamiento de estos pilares se realiza por métodos
gráficos a partir de los ángulos de derrumbe y de deslizamiento de las rocas cuyos
valores aparecen reflejados anteriormente.
III.3. Clasificación de los esquemas de apertura según el tipo de excavación
y su posición con respecto al cuerpo mineral.
144
��1.
2.
3.
4.
5.
Pozos verticales
Por el costado yacente.
Por el costado colgante.
Atravesando el yacimiento.
Por el yacimiento.
Por el flanco del yacimiento.
- Por la mena
Por el rumbo
- Por la roca
Básicas o
Simples
Socavón
- Por el yacente
Perpendicular al rumbo
- Por el colgante
1. por el costado yacente.
2. por el costado colgante.
3. por el yacimiento.
4. por el flanco del yacimiento.
-Pozos inclinados
rectilíneos.
Excavaciones
inclinadas
Métodos de Apertura
1. rectilíneos.
2. en zig – zag.
3. en espiral.
4. combinada
-Rampas principales
Combinadas
1. pozos verticales en la superficie y pozo
ciego vertical en las profundidades.
2. pozo vertical en la superficie y pozo
ciego inclinado en las profundidades.
3. socavón en la superficie y pozo ciego
vertical en las profundidades.
4. Otras combinaciones.
Ídem
1. todos por el yacente.
2. todos por el colgante.
3. por ambos lados.
Ídem
Figura 78. Clasificación de los métodos de apertura.
146
��Métodos de apertura básicos o simple: Formados por una excavación principal
de apertura en los niveles superiores de la mina.
Métodos de apertura combinados: Constituidos por dos o más excavaciones
principales de apertura. Una en los niveles superiores de la mina y otra en los
niveles inferiores.
Apertura por pozo vertical.
Estos esquemas se aplican hasta profundidades de 1200 – 1400m., en
yacimientos con buzamientos de 0° a 10° y mayores de 30° cuando el relieve de la
superficie de la tierra es poco accidentado.
a)
El esquema de pozo vertical por el costado yacente es el mas utilizado en la
práctica mundial, el resto de los esquemas se utiliza cuando factores
geomineros o topográficos así lo exigen.
Figura No. 79. Apertura por pozo vertical: 1, pozo de mina a) por el costado
yacente, b) por el colgante, c) que atraviesa el yacimiento; 2, cortaveta; 3, galería;
4, límite de la zona de dislocación; 5, pozo auxiliar; 6, pilar de seguridad.
148
�Figura No.80. Variante de apertura por pozo vertical: 1, pozo en el costado
yacente; 2, pozo ene le costado colgante; 3, pozo por el yacimiento; α1, ángulo de
equilibrio natural en los aluviones, α2 , ángulo de equilibrio natural de las rocas.
Sus dos grandes ventajas son:
1.- las presiones mineras, que surgen como consecuencia de la explotación del
yacimiento, se manifiestan con menores intensidades el costado yacente por lo
que los costos de laboreo y mantenimiento de las excavaciones de apertura son
mínimas.
2.- No quedan reservas de menas en el pilar de seguridad del pozo.
Su mayor desventaja es la necesidad de excavar galerías transversales más
largas, a medida que se profundiza el pozo.
b) El esquema de pozo vertical por el colgante se aplica cuando la topografía del
terreno, o la presencia de rocas muy inestable, o condiciones hidrogeológicas
difíciles nos impiden cavar el pozo por el costado yacente.
Sus desventajas son:
149
�1.
La gran longitud de de sus galerías transversales.
2.
La necesidad de dejar pilares de seguridad de mineral cuando el pozo se
excava dentro de los límites de la zona de deslizamiento.
El esquema de pozo vertical atravesando el yacimiento tiene la gran ventaja,
sobre los dos esquemas anteriores, de que la sumatoria de las longitudes de sus
galerías transversales es menor y de que el costo de transporte horizontal
subterráneo, cuando el pozo se ubica en el centro de masa del yacimiento, se
hace mínimo. Tiene la desventaja de que el pilar de seguridad del pozo inmoviliza
una cantidad considerable de reservas melíferas.
Por su desventaja se aplica, solo en yacimientos de menas pobres, o poco
valiosas que sean poco potentes y tengan una gran extensión por el rumbo.
c) El esquema de pozo vertical por el yacimiento se utiliza cuando las condiciones
de inestabilidad de las rocas de caja aconsejan excavar el pozo por la mena o
cuando la morfología del yacimiento no nos deja otra alternativa.
Debido a las grandes perdidas de mena, que se producen en el pilar de seguridad,
se usa muy raras veces y preferentemente en yacimientos abruptos, de pequeña
potencia que se encuentran a poca profundidad y están muy poco explorados.
d) La apertura del pozo vertical por el flanco vertical resulta racional en
yacimientos abruptos de poca longitud por el rumbo, cuando no es posible
situar el pozo en el costado yacente. Resulta más ventajoso cuando el sentido
del transporte subterráneo coincide con el de superficie. Se puede aplicar,
también, en yacimientos horizontales de menas ricas o valiosas cuando se
quieren evitar perdidas de mena en el pilar de seguridad del pozo. En este
caso la longitud de la galería maestra aumenta.
Apertura por pozo inclinado.
El gran desarrollo experimentado en las últimas décadas por el método de
apertura por pozo inclinado obliga a subdividirlos en dos grandes grupos, los
esquemas que utilizan pozos inclinados rectilíneos y los que utilizan pozos
150
�inclinados en espiral o en zig-zag conocidos en muchos países con el nombre de
apertura por rampas.
Figura No.81. Apertura por pozo inclinado: pozo de mina; 2, cortaveta; 3, galería;
4, límite de la zona de destrucción.
El primer grupo se aplica en yacimientos regulares con ángulo de buzamiento
entre 10 grados y 30 grados que yacen hasta profundidades de 500-600 m. La
inclinación de estos pozos puede llegar hasta 45-50 grados; cuando su ángulo de
inclinación es mayor a 18 la extracción se realiza mediante jaula o skips y cuando
es menor a 18° la extracción puede realizarse también mediante bandas
transportadoras o camiones; aunque existen bandas transportadoras especiales
que pueden utilizarse en pendientes hasta 25°.
El segundo grupo se puede aplicar tanto en yacimiento regulares como
irregulares, con cualquier ángulo de buzamiento y en profundidades mayores de
600 m (es bueno aclarar que los ingenieros checos Zamora y Pokorny han
calculado que para yacimientos con menos de 1 millón de toneladas de reserva de
explotación, la profundidad máxima en que se pueden aplicar racionalmente las
rampas es de alrededor de 470 m).
Estos pozos no sobrepasan la pendiente del 10 % por cuanto su finalidad,
precisamente, es permitir que la extracción de la mena se realice por transporte
automotor o por bandas transportadoras.
Veamos, ahora, los esquemas del grupo de aperturas por pozos inclinados
rectilíneos:
151
�a) El esquema del pozo inclinado por el yacente es el de mayor difusión por las
mismas razones señaladas en el esquema de pozo vertical por el yacente.
b) El pozo inclinado por el colgante se recomienda cuando el yacimiento es
horizontal y tiene gran extensión, o cuando el relieve u otros factores
geomineros nos impiden excavar el pozo por el yacente. además de que se
aumentan las perdidas de mena en el pilar de seguridad del pozo tiene la
desventaja de lo complejos que resultan los empalmes del pozo con las
galerías transversales.
c) La apertura por pozos inclinados por el yacimiento se aplica raras veces por lo
general cuando el yacimiento es grande y las menas son pobres o poco
valiosas o cuando se quiere iniciar la producción de la mina lo mas rápido
posible. También se aplica cuando tiene lugar el paso de la explotación a cielo
abierto a la subterránea, donde el pozo inclinado pasa a ser una continuación
de la trinchera de apertura. Señalamos que la gran estabilidad de la mena es
un factor que influye a favor de la elección de este esquema.
d) La apertura por pozos inclinados en unos de los flancos del yacimiento y fuera
de la zona de deslizamiento se aplica tanto en yacimientos abruptos como en
horizontales, siempre de poca profundidad y extensión por el rumbo. Tiene
como ventajas, la ausencia de perdidas de mena en el pilar del pozo y la
posibilidad de reducir la longitud del pozo inclinado al poder proyectar con
ángulos de inclinación mayores. Como el transporte subterráneo de la mena
se realiza todo en el mismo sentido, este hecho puede convertirse en una
desventaja del esquema si este sentido no coincide con la ubicación de la
planta de beneficio.
152
�Figura No.82. Variante de apertura con pozo inclinado:1, pozo en el costado
yacente; 2, pozo por el yacimiento; α, ángulo de equilibrio natural de las rocas.
Clasificar los esquemas de apertura por rampas resulta hasta el momento, algo
controvertido por cuanto los pozos en espiral pueden ocupar en una sola apertura,
distintas posiciones con respecto al cuerpo mineral además de que los pozos
inclinados rectilíneos pueden ser considerados como rampas cuando poseen una
pendiente igual o menor al 10%. Sin embargo los esquemas mas frecuentes son:
pozos en zig-zag por el costado yacente o por uno de los flancos del yacimiento y
pozo en espiral por el contorno “envolviendo” el cuerpo mineral, esta apertura del
pozo en espiral del yacimiento de zinc se emplea en la mina Kempbell (USA) que
tiene tres espiras y media y con una inclinación de 8°-10° y una longitud de 420m).
Apertura por socavones.
Este método de apertura se aplica cuando el relieve es montañoso y el yacimiento
se encuentra por arriba de la cota predominante en le zona (o por arriba de la cota
de la planta de beneficio).
153
�Tiene la ventaja sobre otros métodos de que el transporte subterráneo se
simplifica y que el desagüe de la mina se realiza por gravedad. Su desventaja es
lo limitado de su aplicación: solo para la apertura de yacimientos de montaña.
De acuerdo con la topografía del lugar y a las condiciones de yacencia del
yacimiento los esquemas de apertura pueden ser:
•
Socavón transversal al rumbo (por el colgante, por el yacente).
•
Socavón por el rumbo (por la mena y por la roca).
Los socavones transversales al rumbo se aplican generalmente cuando el
yacimiento está formado por paquetes de filones,lo que posibilita una mejor
exploración geológica.
El socavón por el rumbo se emplea generalmente cuando el yacimiento aflora a la
ladera de la montaña, adquiere la ventaja de lograrse una rápida puesta en
explotación del yacimiento.
La ubicación definitiva del socavón depende de las propiedades físico –
mecánicas de las rocas y de la mena (por el yacente, por la rocas del colgante, por
la mena), aunque en la elección del esquema influyen mucho las condiciones
locales; ubicación de la planta de beneficio, facilidad en el acceso, ubicación de la
fuente de energía- y de agua, volumen de roca a mover por el complejo de
superficie.
154
�Figura No.83 . Apertura con socavones: 2, socavón; 2, galería de mina.
Figura No.84. destape por socavón con contracielo maestro; 1, socavón; 2,
contracielo maestro; 3, cortaveta; 4, galería; 5, calicata de ventilación.
En la apertura 1 del yacimiento Merceditas el socavón M-1 se encuentra en la roca
del subyacente y se llega al lente a través del contrapozo de tránsito y de colada.
Método de apertura combinado.
Existen determinadas situaciones que pueden obligar a la elección del método
combinado de apertura:
155
�1. Cuando el yacimiento se extiende a gran profundidad. En este caso existen dos
factores que obligan a la apertura escalonada del yacimiento.
a) Factor técnico: las posibilidades técnicas del equipo de ascenso lo que se
fabrican para profundidades desde 1000 hasta 1500 m.
b) Factor económico: aumento de la productividad de apertura al realizarse de
forma paralela el ascenso en los distintos escalones (disminución del
tiempo de descenso en el vacio).
2. Cuando existen cambios bruscos en el buzamiento del yacimiento o se invierte.
a) Factor económico: se reduce sensiblemente la galería transversal.
3. Cuando los yacimientos de montaña se extienden por debajo de la cota
predominante.
a. Factor técnico: imposibilidad de extraer las reservas de los niveles inferiores
mediante el socavón.
4. cuando varían las condiciones de estabilidad o hidrogeológicas de las rocas por
las que atraviesa el pozo.
En estos casos se crean 2 o 3 escalones de apertura por las siguientes razones:
1. Para disminuir los tiempos de ascenso y descenso de los recipientes que
extraen la masa menífera de los niveles inferiores lo que conlleva al
aumento de la productividad de la excavación principal de apertura.
2. Por limitaciones técnicas de la instalación de ascenso resulta obvio lo
racional que seria fabricar un cable con el diámetro requerido para soportar,
además de las cargas normales, la carga de su propio peso cuando penda
de 2.5 a 3 Km. Seria considerable también, las dimensiones de la tambora
del guinche principal, así como la potencia del motor del guinche.
3. Cuando un yacimiento de montaña se extiende por debajo de la cota
predominante de la región. En este caso, la apertura de las reservas que se
encuentran por arriba de la cota predominante se realiza por el método por
156
�socavón, con sus consiguientes ventajas y las reservas por debajo del
socavón se extraen a través de un pozo interior vertical o inclinado.
4. Cuando las condiciones de estabilidad o hidrogeológicas son difíciles. Estas
circunstancias pueden ser conocidas de antemano o aparecer de improviso.
En todos los casos se analizaría siempre la conveniencia o no de seguir
profundizando por un método especial de laboreo.
5. Otros factores..
Figura No.85. Métodos de apertura combinados
157
�Figura No.86. Apertura de un yacimiento de fuerte buzamiento por grupos de
cortavetas 1 y 2, cortavetas; 3, 6,contrapozo; 7, pozo ciego.
III.3.1.- Evaluación comparativa de los métodos de apertura.
Pozo vertical vs. Pozo inclinado
- A igual profundidad de yacencia, la longitud de los pozos verticales es menor.
- Para igual producción anual de la mina, el área de la sección transversal de los
pozos verticales es menor.
- El costo de laboreo de los pozos verticales es de un 20 a un 30 % menor.
- El costo de explotación de los pozos verticales es de un 15 a un 30 % menor
- La velocidad de ascenso por los pozos verticales es mayor.
- Las instalaciones de ascenso de los pozos verticales son más seguras.
- Los empalmes de las galerías con los pozos verticales son mas sencillas y
fáciles de construir.
- La sumatoria de las longitudes de las galerías transversales es menor en los
pozos inclinados y por lo tanto son menores los costos del transporte horizontal
subterráneo.
158
�- Al instalarse bandas transportadoras en los pozos inclinados y rampas se elimina
la marcha en vació de los recipientes de ascenso elevándose la productividad
por arriba de la de los pozos verticales.
- La instalación de las bandas transportadoras en las rampas permita la
automatización y el control a distancia del ascenso de la masa menífera con la
consiguiente reducción del personal bajo mina.
- Las rampas permiten el empleo de camiones para el ascenso de la masa
menífera lo que brinda grandes ventajas económicas por la flexibilidad que
posee ese medio de transporte y por lo barato y fácil que resulta construir y
mantener su infraestructura.
Pozo vertical vs socavón.
-
El costo de laboreo de un metro lineal de socavón es de 5 – 6 veces más
barato, a igual producción anual de la mina.
-
La velocidad de laboreo del socavón es considerablemente mayor.
-
El transporte por el socavón es mas efectivo, seguro y con menos
interrupciones.
-
Cuando se usan locomotoras eléctricas en el socavón el gasto especifico
del transporte de la masa menífera es de 6 – 8 veces menor.
-
En la apertura por socavón el drenaje y desagüe del campo de mina se
realiza por gravedad.
-
En la apertura por socavón las inversiones iniciales son mínimas.
-
Las condiciones de aplicación de la apertura por socavón están limitadas a
la existencia de yacimientos de montañas que se encuentra por arriba de la
cota predominante de la región.
III.4. NOCIONES FUNDAMENTALES DE LA PREPARACIÓN SUBTERRÁNEA.
La preparación del yacimiento para las labores de arranque se caracteriza por:
159
�♦ El método de preparación, es decir, por el tipo, número y disposición de las
excavaciones preparatorias.
♦ El volumen de las labores de preparación.
El método de preparación a emplear depende de las condiciones geólogo –
mineras del yacimiento y de las condiciones técnico – económicas de la mina.
En las primeras están: potencia, ángulo de buzamiento, estabilidad de las rocas de
caja y de la mena, profundidad de yacencia, condiciones tectónicas, necesidad de
desagüe y de exploración adicional.
En la segunda están: productividad planificada de la mina, tipos de equipos
utilizados, plazo de servicio de las excavaciones, condiciones de ventilación, valor
de la mena.
Requisitos que se les plantean a los esquemas de preparación.
♦ Brindar la mayor seguridad a los trabajos de carga y de transporte de la masa
menífera.
♦ Asegurar el volumen necesario de aire para los frentes de extracción y al
mismo tiempo posibilita la ejecución de medidas profilácticas para aislar el
sector en caso de incendio, esto ultimo cuándo se laborean menas
autoinflamables.
♦ Garantizar en tiempo las normas de adelanto de las reservas preparadas y
listas con relación al arranque.
♦ Garantizar la productividad planificado del nivel o bloque.
♦ Brindar la posibilidad de aplicación, y uso efectivo de la mecanización y
automatización de la carga y transporte.
♦ Inmovilizar la menor cantidad posible de mena en los pilares de protección de
las excavaciones.
♦ Satisfacer los anteriores requisitos con el volumen mínimo de excavaciones y
el mínimo costo de laboreo.
160
�♦ Asegurar el transito de personal, equipos y materiales a los frente de
extracción.
De estos requisitos los cuatros primeros y el último tienen carácter obligatorio, el
resto señalan lo óptimo, aunque a veces hay que entrar en contradicción con ellos
para lograr mejores resultados.
III.4.1.- Esquemas de preparación
Para facilitar su clasificación, el concepto método de preparación, lo limitamos a la
ubicación de las excavaciones en el horizonte de transporte.
Clasificar los esquemas de preparación resulta una tarea algo difícil de resolver
para su gran diversidad. Se puede decir, que en realidad cada yacimiento tiene su
propio esquema de preparación.
En un intento de generalización podemos establecer la siguiente clasificación a
partir del tipo de excavación y del ángulo de buzamiento del yacimiento.
Esquemas simples: son aquellos que están formados por un solo tipo de
excavaciones de preparación.
Esquemas combinados: son aquellos formados por más de un tipo de
excavaciones de preparación.
161
�Tabla No. 1. Esquemas de preparación subterránea
ESQUEMA DE PREPARACION
1. Con una galería de mina por la roca.
2. Con una galería de mina por el mineral.
Para yacimientos
3. Con dos galerías de mina por el mineral.
abruptos e inclinados
4. Con una galería de mina por la roca y
otra por el mineral.
Simple
1. Por una galería de mina por la roca
subyacente.
Para yacimientos
2. Por una galería de mina por el mineral.
horizontales
3. Por una galería de mina por el mineral y
otra por la roca subyacente.
1. Por una galería de mina por la roca y
una serie de cruceros.
Para yacimientos
abruptos e inclinados
2. Por una galería de mina por el mineral y
una galería de minas por la roca con una
serie de cruceros.
3. Otras combinaciones.
Combinados
1. Por una o más galerías de paneles y una
Para yacimientos
horizontales
serie y una series de galerías de
explotación.
2. Otras combinaciones.
Volumen mínimo y costo mínimo del laboreo de las excavaciones preparatorias.
♦ Reservas mínimas de mineral en los pilares cerca de las excavaciones
preparatorias.
162
�♦ Clasificación
♦ Se preparan los yacimiento de poca potencia (de 0,6 – 0,8 hasta 2m) las
excavaciones preparatorias generalmente se ubican por el mineral.
♦ Se preparan los yacimientos potentes (hasta (15 – 20m) se puede situar las
excavaciones en el mineral y en las rocas encajantes sobre todo cuando el
contorno del cuerpo mineral es irregular.
Al preparar los yacimientos de gran potencia ( más de 15 – 20 m) se pueden situar
las excavaciones preparatorias principales, generalmente se sitúan en el costado
yacente; las distancia entre las galerías ubicadas en las rocas y el cuerpo mineral
se aumenta proporcionalmente en la profundidad de laboreo. La preparación en
las rocas estériles en los yacimientos potentes y muy potentes es obligatorio
cuándo ellos tienen a la autoinflamación.
Figura No.87. Esquemas de la preparación con galería de transporte en función de
la potencia.
163
�Atendiendo a estas condiciones los esquemas fundamentales de preparación son
los siguientes.
Para yacimientos abruptos e inclinados.
Los principales índices técnicos – económicos de los trabajos de preparación son:
♦ Coeficiencia de preparación: k p
K p = sumatoria l ep Q b * 1000
Donde sumatoria l ep : suma total de las longitudes de las excavaciones de
preparación del bloque o nivel, m.
Q b . Reservas preparadas del bloque o nivel.
Significa la cantidad de metros de excavaciones de preparación que son
necesarios para preparar 103t de mena.
Volumen específico de preparación
V p = sumatoria V ep /Q b , m3/t
Donde sumatoria V ep : volumen total de la excavación de preparación, m3 significa
la cantidad de m3 de excavaciones de preparación que hay que laborear 1t de
mena.
Lógicamente mientras menor sea el valor de estos coeficiente, serán menores los
gastos específicos de los trabajos de preparación.
El valor específico de los gastos totales de preparación.
C t =( sumatoria C lyc – C p ): Q b /1-q
C p : Valor de la extació de pozo
Condiciones de aplicación de los esquemas de preparación.
♦ Para yacimientos finos y muy finos de 0,2 hasta 2,5 – 3m de cualquier
buzamiento por lo general se aplica el esquema de galería de mina por el
mineral, sirven también de explotación geológica.
164
�♦ Para yacimiento de potencia media y potencia hasta 15 – 20m usa el anterior
esquema, disponiendo por lo general la galería de mina por el contacto estéril
mineral del costado yacente, y raras veces por el colgante. Esas excavaciones
sirven para la exploración geológica.
♦ En los yacimientos muy potentes menores 25m se hace muy difícil el
transporte de la masa menífera desde todos los sectores del bloque por lo que
se usa el esquema combinado de una galería de mina con una serie de
cruceros.
La selección del esquema es frecuentemente una tarea técnico – económica muy
complicada, mientras que la selección del lugar de ubicación de los contra pozos
no exigen grandes dificultades y como regla está unida con las excavaciones del
horizonte principal.
Los esquemas posibles de la ubicación del horizonte principal se planifican en
cada caso concreto debido a las condiciones geomineras y a las condiciones
técnicas del laboreo de los yacimientos.
Exigencia planteada a los esquemas de preparación.
1. Seguridad de las labores durante la carga y el transporte del mineral, la
ventilación necesaria de las excavaciones de arranque, posibilidad de
ejecución de las medidas profilácticas y cuándo es necesario aislar el sector
de incendios, al laborear menos sulfurosos que se auto inflaman.
2. Preparación a tiempo de la reservas de mineral para el arranque, garantía de
la cantidad necesaria de minerales preparados u listos para el arranque.
3. Obtención de la productividad del trabajo planificada.
4. Posibilidad de la aplicación y uso efectivo de la mecanización y automatización
de la carga y el transporte.
Si durante la elección del esquema de preparación para los factores técnicos nos
quedamos con varias variantes de esquemas de ubicación de las excavaciones
se realiza la comparación económica por los índices mayores. En este caso se
toma en consideración.
165
�♦ El costo de laboreo de las excavaciones preparatorias.
♦ El costo de transporte del mineral hasta la galería transversal principal.
♦ En algunos casos el costo de ventilación de las excavaciones preparatorias.
♦ Valor obtenido por venta del mineral extraído durante el laboreo de las
excavaciones principales.
El valor específico de los gastos totales de extracción.
A=( sumatoria C i – C b ): Q i R/1-P
Donde:
Sumatoria de C i suma de gastos de laboreo de excavaciones preparatorias,
transporte a la galería transversal de la ventilación.
C b : valor obtenido por la venta de la extracción de pozo.
El estudio de las excavaciones de costo que forman parte de este proceso
tecnológico las estudiaremos, en los diferentes métodos de explotación dado su
gran variedad y particularidades por lo que hoy solo los nombraremos.
♦ Pequeros
♦ Tolvas
♦ Ranura de costa: vertical, horizontal
♦ Trincheras de costa
Requisitos que se les exige a las excavaciones de preparación.
1. Brindar seguridad al trabajo durante el acarreo, la carga y el transporte de la
masa menífera.
2. Permitir el paso de la cantidad de aire necesaria a los frentes de trabajo.
3. Posibilitar la ejecución de medidas profilácticas y de aislamiento del sector en
explotación en caso de incendio cuándo se laborean menas sulfurosas que se
auto combustionan ( cuerpo 70 minas de Matahambres)
4. Garantizar a tiempo la cantidad de reservas preparadas y reservas listas.
166
�5. Asegurar la productividad y la intensidad del arranque planificada para el
sector a explotar.
6. Posibilitan la aplicación y uso adecuado de la mecanización y automatización
de la carga y transporte de la masa menífera.
7. Atar el mínimo de mena a los pilares de protección de esas excavaciones
8. Favorecer la exploración geológica y el drenaje del sector.
9. Volumen mínimo y costo mínimo.
III.4.2.- Elección del esquema de preparación.
Es de significar que el planteamiento de está tarea se refiere siempre al esquema
de preparación del horizonte de transporte, pues el resto de la preparación está
relacionada con el Método de explotación elegido y los factores geólogo – minero
existentes, que hace que muchos autores expresen que; “cada mina tiene su
propio esquema de preparación”.
Los factores que influyen en la elección del o los esquemas técnicamente posible
de aplicar son:
♦ Elementos de yacencia del cuerpo de mena, principalmente su buzamiento y
su potencia.
♦ Las propiedades físico – mecánicas de la mena y de las rocas de cajas,
principalmente su fortaleza y estabilidad.
♦ Por el esquema de salida y de carga de la masa menífera. (Este factor
pudiera enunciarse de otra forma, por el Método de explotación elegido).
♦ Por la producción planificada por el horizonte de transporte.
♦ Por el esquema de ventilación y el orden de laboreo del nivel adoptado.
♦ Otros.
167
�Generalidades.
Se le llama preparación en la explotación subterránea, al conjunto de trabajos y
excavaciones que dividen al campo de mina en sectores más pequeños para su
explotación.
♦ Cuando los yacimientos son abruptos e inclinados el campo de mina se divide
en niveles y estos en bloques.
♦ Cuando son horizontales o poco inclinados el campo de mina se dividen en
paneles y estos en pilares de explotación.
En el primer caso las excavaciones de preparación son: galerías longitudinales de
transporte y de ventilación, cruceros, cortavetas y contrapozos. Hay un grupo de
excavaciones especiales de preparación y que generalmente pertenecen a la
preparación de un determinado Método de explotación y que se denominan
excavaciones de corte y que tienen la finalidad de crear las condiciones para el
arranque masivo de la mena. Estos son entre otros: galería de corte, ranuras de
corte horizontal, ranura de corte vertical, horizontes de salida de la mena o de
fragmentación secundaria, galerías de subnivel, piquera, tolvas, embudos.
En el segundo de los casos la excavación de preparación son: galerías de
paneles, galería de explotación, recortes.
Los propósitos de estás excavaciones son:
♦ Permitir el acarreo y carga de la masa menífera desde los frentes de arranque
hasta el horizonte de transporte.
♦ Brindar acceso a los frentes de trabajo en los sectores de explotación de
personal, equipos y materiales.
♦ Conducir el aire fresco a los frentes y permitir la salida del aire viciado.
♦ Exploración geológica: acopiar mayor información geológica del sector a
explotar.
♦ Otros propósitos.
168
�Hasta aquí se han
tratado los esquemas de apertura y preparación de los
yacimientos metalíferos, analizando los principales esquemas de preparación, así
como los principales factores que se toman a la hora de elegir el esquema de
preparación más racional desde el punto de vista técnico y económico.
III.5.- Elección del Método de Explotación por el modo subterráneo.
En la literatura minera universal existe un gran número de Métodos de Explotación
(ME) o Sistemas de Explotación agrupados según diferentes criterios.
Se denomina Métodos de Explotación Subterránea. al conjunto de excavaciones
de preparación y corte, así como los procesos tecnológicos (trabajos de arranque)
que se realizan en un orden lógico en tiempo y espacio para arrancar la mena de
un sector del campo de mina en cantidades masivas y de la forma más segura,
económica y completa.
Se analizara en el presente acápite la clasificación de los métodos de explotación
dada por M. Agoshkov (Rusia) y la clasificación Norteamérica, ambas utilizadas
mundialmente.
La clasificación dada por
M. Agoshkov es una de las Clasificaciones más
completas y requiere de un profundo análisis y estudio para su comprensión.
Independientemente de la Clasificación que adopte para el estudio de los Métodos
de Explotación, el ingeniero de minas siempre debe tomar decisiones las cuales
inciden directa o indirectamente en los resultados finales de la explotación minera.
Una de estas decisiones es la Selección del (o los) Método o Variantes de
Explotación para cada lugar o para todo el yacimiento que se vaya a explotar.
Esta etapa es de vital importancia para el desarrollo y explotación de la mina. De
su correcta aplicación dependen los trabajos posteriores de cada parte del
yacimiento que se explota y por ende la explotación racional de la mina en toda su
vida útil. Para seleccionar un Método de Explotación es preciso primeramente,
dominar los factores geomineros que influyen directamente en dicha selección.
169
�Constantes
Factores
Variables
- Potencia.
- Angulo de buzamiento.
- Estabilidad de la mena y de la roca de
caja.
- Forma(regular o irregular).
- Longitud por el rumbo, (casi no influye).
- Profundidad de yacencia.
- Valor de la mena, (especialmente el
contenido mínimo industrial del mineral
útil).
- Distribución de la mena.
- Composición mineralógica de la roca
de caja.
- Característica del contacto estéril
mineral.
- Auto inflamación de la mena y de la
roca de caja.
- Compactación.
- Condiciones hidrogeológicas.
- Obras o edificaciones en la superficie.
- Nivel de la escavabilidad.
- Demografía.
- Presencia de bosques.
Figura No 88. Factores ingeniero-geológicos y técnico-mineros, que influyen en la
elección del método de explotación:
170
�Índices que influyen en la elección de un método de explotación.
Índices técnico-económicos que influyen en la elección del método de
explotación.
1. Seguridad del trabajo.
2. Alta productividad.
3. Pérdidas mínimas, tanto de cantidad como de calidad.
4. Condiciones de beneficio.
5. Intensidad de laboreo.
III.5.1.- Metodologías para la elección del Método de Explotación.
Para la selección de los métodos de explotación se conocen dos Métodos; estos
son:
1. El Método directo.
2. El método de exclusión.
El método de elección directo atendiendo a cada una de las condiciones
concretas de los yacimientos, se elige directamente el o los Métodos de
explotación más eficientes, los cuales deben satisfacer todas o la mayoría de las
exigencias establecidas. Al finalizar esta selección se realiza un análisis
comparativo de las disímiles variantes posibles a utilizar a partir de diferentes
índices técnico-económicos.
El método de exclusión es el más difundido en la práctica mundial. Su esencia
consiste en el estudio de la posibilidad de aplicación de todos los Métodos de
Explotación existentes y en la exclusión de aquellos que sean inaceptables para
ese yacimiento mediante la combinación de varios factores geomineros, (a veces
uno de ellos es quien determina la aplicación o no de alguna Variante); es decir, ir
eliminando las clases que por sus características no son utilizadas en el proyecto,
de modo que se hace un estudio crítico de cada clase con sus respectivos grupos,
variantes y subvariantes; y se excluye en cada caso, si no es posible su uso,
171
�queda así la clase a utilizar, luego el grupo y finalmente las variantes o
subvariantes.
A primera vista, este método resulta o parece ser voluminoso y difícil, ya que exige
el estudio de gran número de Métodos para quedarse finalmente con una sola
variante o varias. Sin embargo, al aplicar la Metodología de dicho Método, gran
parte de las Clases se van eliminado por sí solas quedándose al final con uno o
dos y a veces tres variantes posibles.
En síntesis la Metodología consta de los siguientes pasos:
1. Análisis de las condiciones minero - geológicas del yacimiento.
2. Exclusión de las Clases de método de explotación. que no son técnicamente
posibles de aplicar.
3. De los Clases de método de explotación que se mantienen, se excluyen los
Grupos de método de explotación que no son técnicamente posibles de aplicar.
4. De los Grupos de método de explotación. que se mantienen, se excluyen las
Variantes de método de explotación que no son técnicamente posibles de
aplicar.
5. De las Variantes de método de explotación técnicamente posibles de aplicar
que se mantienen, se realiza un análisis comparativo a partir de sus índices
técnico-económicos.
6. Elección de la Variante con mejores índices técnico-económicos.
Se ha descrito un Método para la Selección de los Métodos de Explotación pero
de los yacimientos metalíferos.
Sin embargo, se conoce de Geología que existen diversos tipos de yacimientos a
partir
de
su
génesis,
composición
mineralógica;
también
existen
otras
clasificaciones de Métodos de Explotación para cada caso concreto, realizados a
partir de las características propias de cada uno de ellos. Esta clasificación es la
que se muestra a continuación,se parte en primer lugar del análisis de los factores
que influyen en su clasificación:
172
�Factores geológicos y minero-técnicos de la explotación subterránea de los
yacimientos estratificados que obligan a su estudio por separado.
Características generales de los yacimientos estratificados.
1. Formados generalmente por capas casi horizontales con gran extensión en el
plano y muy potentes.
2. Elementos de yacencias regulares; especialmente la potencia y el buzamiento.
3. Contenido de mineral constante.
4. Posibilidades de formarse mezclas explosivas durante su laboreo.
5. Presencia de gases naturales nocivos especialmente el gas metano, tan
dañino para la salud humana.
6. Roca de caja de mediana estabilidad.
7. Gran cantidad de polvo, especialmente en los frentes de arranque.
8. Menas Blandas.
Ejemplo:
La gran extensión de estos cuerpos por el rumbo ha obligado a la utilización de
Métodos de Explotación por Tajos Largos de frentes muy extensos. Esto ha
brindado la posibilidad de emplear Sistemas automatizados de Fortificación
mecanizada en dichos trabajos. Ejemplo de ello es el que se muestra en el
Catálogo de Long Wall Systems.
La Presencia de gases naturales nocivos especialmente el gas metano, tan dañino
para la salud humana, obliga al empleo de Esquemas de preparación, Ventilación
y transporte diferentes a los tradicionalmente utilizados en los Yacimientos
Metalíferos. En estos casos se emplean las llamadas excavaciones gemelas para
poder evacuar todo el polvo y gases nocivos emanados del yacimiento.
La presencia de Menas Blandas obliga al empleo generalmente para la separación
de la mena del macizo de Combinadas de laboreo, hidromonitores u otros
173
�métodos especiales de laboreo. Estos trabajos se realizan con un mayor grado de
automatización, mecanización ,que en los yacimientos metalíferos.
La presencia de yacimientos muy potentes de este tipo, obliga a arrancarlos por
capas de manera tal que se crean las condiciones en cada capa como si cada
capa fuera un yacimiento independiente.
La presencia de rocas de caja inestable o medianamente estable, obliga en estos
casos al empleo de Métodos de Explotación de Derrumbe de la roca del techo o
de Relleno.
Entre las Clasificaciones de Métodos de Explotación más difundidas a nivel
mundial para estos tipos de yacimientos se conoce la del académico L. Sheviakov,
que agrupa los Métodos de Explotación de la siguiente manera.
Clasificación de los métodos de explotación más característicos:
1. Métodos de explotación por tajos largos,
2. Métodos de explotación por pilares largos,
3. Métodos de explotación por pilares cortos,
4. Métodos de explotación por cámaras,
5. Métodos de explotación por capas derrumbadas,
6. Métodos de explotación por capas rellenas.
Es preciso señalar que los primeros Métodos de Explotación se refieren a los
yacimientos de potencias medias y potentes y los dos últimos grupos se refieren a
los yacimientos muy potentes.
III.5.2.- Clasificación de los Métodos o Sistemas de Explotación para
yacimientos metalíferos dados por M. Agoshkov.
La existencia en la naturaleza de yacimientos con características similares ha
provocado que para mejor estudio estos, se hayan agrupado entre sí atendiendo a
sus caracteres de similitud, estos Métodos de explotación se han agrupado en
clases determinadas.
174
�La clasificación que se muestra es la propuesta por el académico ruso. M
Agoshkov. El principio de acción fundamental de esta clasificación está dada por
la forma en que se controla la presión minera en el frente.
Tabla No.2. Clasificación de los métodos o Sistemas de Explotación para
yacimiento metalíferos dada por M. Agoshkov .
Clases Denominación de las clases de los Grupo Denominación
Métodos de explotación
de
los
grupos o variantes del M
.E
I
M.E con la zona de arranque abierta
1
M. E por bancada.
2
M. E por testero.
3
M.E por tajos largos (frente
continuo)
(a partir de la forma del frente de
arranque y su orden de laboreo)
4
M.E por cámaras y pilares.
5
M.E
de
arranque
por
subnivel.
6
M.E de arranque por nivel
1
II
M. E. con barrenos desde el
almacén.
M.E con almacenamiento de la Mena.
2
M. E. con barrenos desde
excavaciones espacia
(a partir del M. A que se emplea a partir
de la forma en que se forman.
M. E. por taladros.
3
1
III
Por capas horizontales.
M.E con relleno del minado antiguo 2
Por capas inclinadas.
(atibado) desde fuentes internas o 3
externas a partir del tipo explotación.
4
Por testeros.
Por tajos largos.
175
�1
Con fortificación de madera
apuntalada.
IV
M.E con fortificación del minado antiguo 2
Con fortificación de madera
(entibado).
cuadricular.
Con fortificación de piedra.
3
M.E con fortificación y relleno del 1
V
minado antiguo.
2
(a partir del orden de laboreo del frente 3
de A en el bloque.
1
VI
Por bloques cortos.
Por derrumbe por capas
horizontales.
(a partir del ángulo de buzamiento y 2
Por pilares con derrumbe
estructura del frente.
de la roca del techo.
Por derrumbe por subnivel.
M.E con derrumbe de la Mena y la roca 2
Con
de caja.
nivel.
3
auto
derrumbe
del
(a partir de la forma en que se produce
Con derrumbe forzoso del
el derrumbe).
nivel.
1
VIII
Por testeros.
M.E con derrumbe de la roca de caja
1
VII
Por capas horizontales.
Por cámaras abiertas.
M.E combinados a partir de la forma en 2
Por cámaras almacenadas.
que se arranca la cámara.
Por cámaras rellenas.
3
176
�III.5.3.- Clasificación de los métodos o sistemas de explotación para
yacimientos metalíferos dada por la clasificación Norteamérica. (M.L.
Jeremic).
Tabla No. 3. Clasificación de los métodos o sistemas de explotación para
yacimientos metalíferos dada por la clasificación Norteamérica. (M.L. Jeremic).
clases
Denominación de la clase de
Grupo
Variantes
los Método de explotación
I
Sistema de explotación con la 1
zona
de
arranque
abierta
(Open – Stop Mining Methods)
Arranque por subnivel.
(sub – level - stoping).
2
Arranque
por
taladros
largos. (large – diameter
blasthole Stoping).
II
Autosostenimiento del frente de
arranque.
Self – supporting ability of open
– stope span.
III
Estructuras de sostenimiento 1
artificial en frentes de arranque.
(artificially
supported
Fortificación de Madera
cuadricular. (Supported by
stope 2
structure)
timber (square set
methods).
3
4
Almacenamiento
de
la
mena. Almacenamiento).
(Supported by broken ore
(shrinkage methods).
Fortificación
por
relleno
(corte y relleno).
177
�(Supported by mine fill (cut –
and- fill methods)).
IV
ME de derrumbe.
1
(caving and drawing methods)
2
Derrumbe
por
capas
horizontales. (Top slicing).
Derrumbe por subnivel.
3
(sub – level caving).
Derrumbe por nivel.
(block caving).
V
Combined
open
/
filled 1
Vertical
structures.
(método
crater
retreat
stoping.
combinado/Cámara 2
abierta y relleno)
3
In – the- hole drill stoping.
post - pillar stoping.
Estas clasificaciones se diferencias entre sí por la forma en que son agrupados
por los diferentes autores, pero el principio de arranque del mineral es el mismo.
Orden del estudio de los sistemas de laboreo.
El estudio de cada sistema comprende:
1-Investigación de las condiciones, las cuales favorecen a un sistema dado.
2- Descripción de una variante típica del sistema y de las operaciones principales
de producción durante la ejecución del arranque.
3- Descripción de las variantes esenciales del sistema.
4- características técnica- económica del sistema y sus ventajas en comparación
con los otros sistemas que son análogos según condiciones de empleo.
Condiciones del empleo de los sistemas de laboreo.
Para todos los sistemas del laboreo existen ciertas condiciones cuyo empleo da
mayores resultados en comparación con otros sistemas.
El campo de aplicación de cualquier sistema de laboreo se determina por los
siguientes factores:
1- Forma, potencia y ángulo de buzamiento del cuerpo mineral.
178
�2- las propiedades Físico- mecánicas de los minerales y de las rocas laterales y el
carácter del contacto del cuerpo mineralizado con las rocas..
3- El valor de los minerales, los componentes de la Mena.
4- Infracciones geológicas y subexcavación de las rocas por agua.
5- Condiciones locales: presencia y costo de materiales para la fortificación y el
relleno, posibilidades de derrumbar las rocas.
Características técnico- económicas de los Método de explotación
1) Seguridad – accidentes morales / año.
-
“
graves / año.
-
“
leves
/ año.
2) Productividad – prod / hombre- turno.
“ / mes.
3) Costo de producción de una tonelada, $ / t.
- Gastos principales por concepto de preparación; corte y arranque.
4) Pérdida y empobrecimiento de la Mena; %.
5) Intensidad de laboreo; m/ tiempo.
6) Flexibilidad y sencillez.
Factores que influyen en la elección del Método de explotación.
1) Elementos de yacencia – ángulo de buzamiento – Potencia.
2) Propiedades físicas y mecánicas de la roca y de caja y la Mena.
3) Geomorfología del yacimiento.
4) Valor de la Mena.
5) Geología – dislocación
- hidrología.
- intercalaciones de estéril
- compactación, autoxidacción
6) factores locales.
- presencia de bosques.
- demografía.
179
�III.6.- Ejemplos de algunos Métodos de explotación subterránea.
A continuación se exponen algunos ejemplos de los métodos de explotación de la
clase I (sistema de explotación con la zona de arranque abierta) y clase VII
(sistema de explotación con derrumbe de la Mena y la roca de caja).
Ejemplos de la Clase I. M .E con la zona de arranque abierta.
Esta clase se caracteriza porque durante las labores de arranque en el bloque el
minado antiguo se encuentra libre sin rellenarse, ni entibarse. A veces se usan
elementos de fortificación sólo de una forma auxiliar y /o temporal. Las rocas de
caja están sostenidas por pilares de mena que por lo general son los mismos
pilares de protección de las excavaciones de preparación del bloque, o otras
veces son pilares de sostenimiento de Mena o de intercalaciones de estériles que
se abandonan en el minado antiguo.
Condiciones de aplicación de la clase.
1) Menas y rocas muy estables. (Esta es una característica imprescindible)
2) Elementos de yacencia regulares.
3) Profundidad de yacencia hasta 800m.
Clase I, Grupo 1. M .E. por bancada.
Esencia: Consiste en el arranque del bloque por capaz horizontales en calderillas
(de arriba hacia abajo). En dicho arranque el frente adopta una forma escalonada;
es decir en bancos iguales que en una cantera de donde viene su nombre.
Condiciones de aplicación:
1) Se usa cuando la Mena es algo inestable y el cuerpo mineral es de potencia
y ángulo de buzamiento abrupto.
2) Las rocas de caja deben ser muy estables.
3) En la actualidad este método se aplica poco debido a lo costoso laborioso
que resulta el arranque de la Mena.
Principales variantes de este grupo:
180
�A – M .E sin galería inferior de transporte.
B - M. E con galería inferior de transporte.
C - M. E con el frente en forma de embudo.
Variante A: condiciones de aplicación.
Es la más dificultosa en cuanto a los procesos tecnológicos del arranque y se
aplica especialmente en aquellos yacimientos cuando por debajo del último
horizonte de la mina aparece un balsón o pequeño cuerpo de Mena que se
extiende a unos 20- 30 m por debajo de ese último horizonte y no resulta nacional
desde el punto de vista económico excavar un nuevo horizonte de la mina.
Los escalones son de 1,5 – 3 m (en dependencia de la perforadora y de la
seguridad, el ancho. La nueva arrancada se sube al otro escalón a pala. La
perforación puede ser con barrenos horizontales o verticales.
Otra forma de ascender la Mena es a través de una tina colocándola así:
Arranque:
En el centro del bloque y en el piso de la galería de transporte se construye un
contrapozo de corte del que se laboran las etapas I de 2- 3 m de profundidad,
luego a D – I del pozo y por toda la potencia del cuerpo se hace el arranque de los
sectores (1.1) en la primera capa con perforación manual descendiente y con una
longitud de 2- 3 m. Luego se profundiza una nueva etapa del contrapozo II y se
arranca del primer banco los sectores (2,2) y del 2 do banco (2- 2) y así hasta
arrancar todo el mineral.
Arrastre: Se realiza paleando la Mena de escalón a esa con hasta la G- J o
usando una tina que se haga por el pozo mediante un winche.
Los obreros por lo general trabajan en plataforma de madera que se instalan sobre
apoyos incados en las rocas laterales y a veces trabajan en su propio escalón
desplazándose por escaleras de maderas.
Reglas de seguridad.
1-Prohibido hacer un paralelo los trabajos de perforación y arrastre en el bloque.
181
�2- Los obreros deben trabajar con cinturones de seguridad y demás equipos de
protección física.
Consideraciones finales:
1-Es indispensable que la roca de caja sea muy fuerte y muy estable (de lo
contrario no se puede aplicar esta variante).
2- Al usarse tina para el arrastre hay que llevar el pozo de la Gt superior hasta el
pozo de corte.
M-N
A-A
A
M
4
B
B
B
B
3
2
1
B
1
2
3
4
3’
2
B
2
3’
4
4
3
B
3
4
4’
B
4’
4
B5
B5
N
A
Figura No.89. V Sistema de escalones descendentes sin galería inferior de
transporte
Variante: M. E con galería inferior de transporte.
Trabajos de perforación y corte.
182
�Una galería de transporte inferior 1 y una de ventilación 3 amabas por la potencia
del cuerpo de Mena y un contra pozo central 2 la altura del bloque es de 20- 30 y
su largo de 50 – 60 m
Dividiéndose en 2 planos de 20 – 30 m.
Arranque: El arranque se realiza por capaz horizontales en calderillas, iniciándose
el arranque de cada capa, desde el pozo central. Como las capas superiores van
adelantadas de 1,5 – 2m con relación a la capa inferior (inmediato) el frente ha
comparado las bancadas de altura de 1,5 – 3 m y un ángulo de inclinación de 600.
La separación de la Mena se hace por martillos neumáticos o por perforadoras
manuales desde las plataformas de trabajo.
1-disponiéndose los bancos de forma inclinada.
El arrastre se realiza paleando la masa menífera hacia el pozo central aunque una
buena parte de esta masa por gravedad al aplicar voladura de lanzamiento y
chocar los pedazos con el hastial intocado del pozo central. Esta es la razón por la
cual los flancos del bloque no se laborean al unísono si no sucesivo.
Cuando se laborea la última etapa del flanco, es decir, cuando el arranque se hace
en la galería inferior de transporte, a medida que avanza la bancada se va
construyendo un techo continuo de madera con piquera “china” que laboren la
evacuación de la Mena.
183
�2-3
70 - 80°
1.5 - 2
20
30
20 - 30
Figura No.90. Sistema de escalones descendentes con galería inferior de
transporte
Clase I, Grupo 3, M .E por tajos largos (frente contínuo).
Esencia: Este M se caracteriza por poseer un frente de arranque en forma
rectilínea o poco sinuosa que se extiende por toda la altura inclinada o por toda la
longitud del bloque; según se disponga por el rumbo o por el buzamiento. Dicho
frente se desarrolla o bien por el buzamiento o bien por el rumbo; muy raras veces
se disponen en otra dirección; se denomina “tajos largos”. Se desarrollan de forma
continúa por lo que estos métodos se conocen también con el nombre de “F.
Continúo”. Las rocas de caja se sostienen por pilares . que aparecen dispuestos
desordenadamente en el minado antiguo. (Estos pilares se abandonan en aquellas
zonas donde el mineral es de baja ley o existan intercalaciones de rocas estériles.
Otra forma de sostenimiento es entibado artificial como caravanas y estemples. En
muchas variantes las rocas se sostienen mediante pilares de protección de las
excavaciones de preparación del bloque (lo usual).
184
�El perfil transversal de los tajos largos es rectilíneo en los yacimientos finos y
rectilíneos o escalonados en los yacimientos potentes.
Condiciones de aplicación:
1) Generalmente estos M. E se utilizan en yacimientos poco inclinados u
horizontales y raras veces en yacimientos inclinados.
2) M ≈ 1,2- 4m y excepcionalmente en m ≈ 7- 10m.
3) Condición necesaria presencia de rocas suprayacentes muy fuertes y
estables, cuando la potencia es fina, de poco valor; pues existe la
necesidad de dejar pilares en el minado antiguo.
M .E. Tajos Largos por el rumbo (para cuerpos minerales poco potentes).
Esencia: El frente de trabajo se dispone por el buzamiento y se desplaza por el
rumbo.
Condiciones de aplicación:
1) ángulo de buzamiento = 0-400.
2) Potencias de 1,5 – 3m.
3) Rocas suprayacentes estable.
4) Mena estable y fuerte o moderadamente estable y fuerte.
Trabajos de preparación y corte.
Una galería de transporte 1 y una de ventilación 2 ambas por el buzamiento del
cuerpo. Una galería inclinada por el buzamiento que me une 1 y 2. y conforma el
tajo largo.
Cuando la galería de transporte está protegida por pilares a 3-4 m, de ella se
laborea la galería de corte, esta va adelante unos 8-10m del tajo. Esta excavación
se realiza con el fin de unir la GT con el frente de trabajo a través de las piqueras
5.
Trabajos de arranque.
185
�La separación de la Mena se realiza por perforación y explosivos con barrenos de
1,3- 1,8m que se perforan por toda la extensión del tajo. Los disparos se realizan
utilizando serie de detonadores micro retardados. Generalmente el arranque se
realiza por Winche Scraper colocando el Winche en unas cámaras que se
construyen cada 8-10m a veces hasta 20m en el hastial contrario de la GT. Otro
método es la utilización de transportadores de rastrillo en pendientes de hasta 180.
En pendientes menores (100) se utilizan cargadores transportadores con buenos
resultados.
Figura No.91. Método de explotación con almacenamiento del mineral con
extracción por tajo largo por el rumbo
186
�Figura No.92. Método de explotación con almacenamiento del mineral con
extracción por tajo largo por el alza
Clase I, Grupo: 4. M . E por cámaras y pilares.
M .E por cámaras y pilares:
Esencia: Este método se caracteriza porque las cámaras en explotación se
alternen sucesivamente con pilares de mina que quedan abandonados en el
minado antiguo para siempre. Las cámaras por lo general se disponen
perpendicular a la galería de transporte aunque pueden situarse también con
cierta inclinación con respecto a ella.
Condiciones de aplicación
Se emplea en yacimientos horizontales o poco inclinados con potencias que
pueden variar desde 3-5 m y hasta 20m. Se usan en presencia de rocas de
cajas estables y fuertes. Las Menas pueden ser de fortaleza media o tener una
187
�estabilidad relativamente baja pero si debe ser homogénea, no debe tener
zonas con intercalaciones de estériles.
Se prefieren potencias de 2-10m y yacen cías horizontales. Es de significar que
en los últimos 15 años han aparecido variantes que permiten la utilización de
cámaras y pilares con ángulo > 250y más.
Clasificación
Existe gran cantidad de variantes que se distinguen por la forma de arranque y
el orden de su desarrollo.
Variante clásica
Figura No.93. M .E por cámaras y pilares:
188
�Ejemplos de la Clase VII, grupo 3, clase IV, grupo 3, Método de explotación
con derrumbe.
La explotación por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la
roca encajante esté fracturada bajo condiciones más o menos controladas. La
extracción del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie por
encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante establecer un proceso
de fracturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas sin
sostenimiento, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan
graves efectos posteriores durante la explotación.
Las características de la roca constituyen el aspecto esencial del comportamiento
del mineral frente al hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento
ocurra, sino que además el mineral presente una granulometría adecuada.
La fragmentación de la roca es provocada más que por las fatigas de tracción que
por las de compresión, de modo que la tendencia será de tener mineral mejor
fragmentado en el centro del bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de
evitar la mezcla del mineral útil con el material proveniente de la roca encajante.
En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las
concentraciones de esfuerzos en el nivel de producción y pilar de protección, para
mantener estables las galerías de extracción; y por otra, conviene maximizar la
concentración de esfuerzos sobre el nivel de hundimiento para producir la
socavación y mejorar la fragmentación del mineral.
Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado, tienen su
inicio en el diseño de la malla, la cual determinará las características del resto de
las galerías componentes del sistema. La determinación de la malla depende
fundamentalmente de las características de la roca.
El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de las características de
hundibilidad de la roca, depende de los factores fundamentales que son:
A. La base del bloque deberá fracturarse completamente; si se quedaran
pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar, transmitiéndose
189
�grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de producción, las
que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando
completamente la estabilidad de las galerías del nivel de producción. Esto
trae consigo un aumento importante en los costos de extracción.
B. La altura de socavación inicial proporcionada por la tronadura, debe ser tal
que no se produzcan puntos de apoyo del bloque que impidan o afecten el
proceso de socavación natural inmediata.
En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral
comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente de recuperación
depende principalmente de la forma en que se efectúa la extracción del primer
tercio de la producción del block.
Principio del método
Los esfuerzos que actúan en un lugar, y a cierta profundidad de un yacimiento,
tienen su origen en el peso de las rocas hasta la superficie, y en los fenómenos
externos de un yacimiento, tales como: Movimientos "horizontales, debido a
movimientos de placas en la corteza terrestre. Todo macizo rocoso permanece en
equilibrio mientras no se cree una cavidad lo suficientemente extensa en su
interior, de modo de romper el equilibrio existente, creando una redistribución de
esfuerzos en su alrededor.
La estabilidad de ésta cavidad dependerá de sus dimensiones, competencia de la
roca y de los esfuerzos existentes en el área. Si la resistencia de la roca, no es lo
suficiente para soportar el cambio de solicitación, ésta socavará hasta llenar la
cavidad con material fragmentado de distintas densidades. Una vez llena la
cavidad se genera una fuerza de reacción que restablece el equilibrio.
Si se extrae el mineral fragmentado, a medida que se socava, el equilibrio no se
restablece y la socavación continuará hasta la superficie.
El Block Caving se basa en éste principio, consiste en crear una cavidad de
manera que la dinámica de desplome no se detenga, extrayendo el mineral por
una malla de puntos ubicados en la base del bloque
190
�El método de explotación por Block Caving se define luego, como el
derrumbamiento de bloques por corte inferior, el mineral se fractura y fragmenta
gracias a las tensiones internas y efecto de la gravedad. Por consiguiente se
necesita un mínimo de perforación y tronadura en la extracción del mineral.
La palabra bloque está referida al sistema de explotación, en que el yacimiento se
divide en grandes bloques de varios miles de metros cuadrados. Cada bloque se
corta por la zona inferior; es decir, se excava practicando una ranura horizontal
mediante tronadura.
De ésta forma queda sin apoyo el mineral que está por encima (millones de
toneladas) y las fuerzas de gravedad que actúan sobre ésta masa producen una
fractura sucesiva que afecta al bloque completo. Por último y debido a las
tensiones de la roca, se produce la fragmentación del material, este puede
extraerse por medio de piques o a través de cargadores.
Campo de aplicación.
Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistema normalmente
usado para extraer depósitos profundos, masivos, de bajas leyes en CU, Fe.
Hoy en día, la producción masiva de extracción de menas subterráneas, bajo
condiciones favorables, es una de las más eficientes, con bajos costos de minas.
Este método se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en
general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa área y son muy
potentes. Usualmente, la producción está en un rango de 10.000 t - 100.000 t/ día.
Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en
cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción y cualquiera que sean
las características de la roca encajante, pero es preferible que la resistencia de la
roca que se explota sea menor que la de la roca encajante.
La explotación por Block Caving, es un método económico bajo condiciones
favorables. El extenso trabajo de desarrollo que tal explotación conlleva y el
tiempo que se emplea hasta alcanzar la plena capacidad de producción, son los
191
�inconvenientes
de
partida.
Por
otra
parte
existen
ciertos
riesgos
de
derrumbamientos y fragmentación, que están fuera de los controles de minería.
En general, los yacimientos más favorables para la aplicación del método de
hundimiento por bloques son los grandes intrusivos de cobre porfirico, yacimientos
de hierro, tanto sedimentarios como intrusivos. Estos depósitos deberán estar
ubicados a gran profundidad y deberán ser extraídos a costos inferiores que por
un método a cielo abierto. Los depósitos deben tener grandes reservas, cubrir un
área extensa y tener una altura relativamente grande. La mayoría de estos
depósitos se explotan a gran escala durante un periodo bastante largo, de tal
forma que justifiquen la gran inversión requerida para ponerlos en producción.
El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con un adecuado diseño de
perforación y, especialmente, con un correcto cargue de los tiros. En todo caso, si
se verifica la existencia de un pilar, se interrumpe la etapa de hundimiento,
concentrando las actividades en eliminarlo completamente, para poder continuar
con la secuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles
puntos de apoyo del bloque, una vez tronada la base, es necesario determinar
previamente la altura que debe alcanzar la socavación producida por la tronadura.
La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de
evitar contaminaciones del mineral con el estéril. El contacto mineral-estéril debe
mantenerse según un plano bien definido que pueda ser horizontal o inclinado.
En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral
comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente de recuperación
depende principaimente de la forma en que se efectúa la extracción del primer
tercio de la producción del block.
Método Block Caving Extracción Gravitacional
Esta variante del método de explotación es aplicable a yacimientos o sectores en
los cuales la competencia de la roca permite principalmente usar fuerzas de
gravedad como método de traspaso de mineral.
192
�El grado de fracturación obtenido permite la utilización de embudos, los cuales se
encuentran conectados a buitras donde la distribución y traspaso de mineral es
controlado por buitreros.
La utilización de estas variantes esta aún vigente en el sector Teniente3, lsia
Estándar, Quebrada Teniente. El sector principalmente es mineral secundario,
utilizando una malla de extracción de 10 x 10. (Figura No.94 y 95)
Figura No. 94. Método Block Caving Extracción Gravitacional
193
�Figura No. 95. Método Block Caving Extracción Gravitacional
Método Block Caving con Reducción Mecanizada
La diferencia fundamental con la variante anterior corresponde la utilización de un
martillo picador como una forma de distribución y reducción de tamaño del mineral
en el punto de extracción, debido a una mayor competencia de la roca, las colpas
de mayor tamaño también llevan asociadas una variación del diseño minero, la
194
�que se ve materializada en la construcción de zanjas y reforzamiento de los
puntos de extracción. ( figura No.96 )
Figura No. 96. Método Block Caving con Reducción Mecanizada
195
�III.7.- Características generales del Método de explotación subterráneo.
En la figura siguiente se muestra un esquema general de explotación de un
yacimiento por el modo subterráneo.
Iniciamente se realiza el acceso al yacimiento, se procede a su destape o apertura
mediante un pozo de mina vertical 1, a partir de él se trazan las galerías de minas
2, 3, 4, que dividen el yacimiento verticalmente en niveles. En la parte superior del
poso se encuentran las instalaciones de sobremina, en este caso una torre de
castillete de extracción 5 y al máquina de extracción 6 que opera el ascenso y
descenso de los recipientes de carga 7, que pueden ser empleados para la carga
del mineral, la roca, personal, materiales. Además
del pozo de extracción de
excava un pozo auxiliar 8 que constituye la salida de emergencia a la superficie y
que proporciona las condiciones normales de ventilación y está equipado de una
instalación de extracción auxiliar 9 y tiene un compartimento de escaleras 10, el
laboreo del cuerpo mineral se realiza generalmente en sentido descendente, el
mineral se extrae primeramente en el nivel superior, entre las galerías 2 y 3 y
continuación en el piso inmediato superior , entre las galerías 3 y 4 y así
sucesivamente.
Las labores de extracción son precedidas de labores preparatorias o de acceso.
Por medio de galerías ascendentes o realces 12, el bloque se divide en bloques o
plantas (subniveles) B1 y B2, dentro de cuyas márgenes se practican toda una
serie de galerías y excavaciones horizontales y verticales (pasillos de circulación
13, coladeros 14), a esta determinada secuencia de los trabajos preparatorios y de
extracción es a lo que se le denomina método o sistema de explotación. El
proceso de arranque se realiza mediante la voladura de cargas de explosivos
distribuidas en barrenos 15, los barrenos son perforados con maquinas
perforadoras directamente desde la superficie del mineral arrancado. El mineral
arrancando baja por la cavidad por gravedad hacia los pozos tolvas 16 y coladeros
14 donde es cargado a través de las bocas de descarga 17, a las vagonetas 18
que son arrastradas por locomotoras eléctricas 19 hasta el pozo de extracción, las
196
�que son ascendidas hasta la superficie y descargadas desde la estacada
(pasarela)20.
En un nivel, las labores de extracción y las preparatorias se llevan acabo
simultáneamente en varios bloques. Así los bloques B1 y B2 se encuentran ene la
etapa de ensanche, mientras que el bloque B3 se halla en la etapa de
preparación.
Simultáneamente con la extracción en el piso superior, se procede al destape y la
preparación del nivel inferior. En la figura se muestra la excavación de la galería
de transporte 4 y la perforación de un contracielo o realce 21. El mineral arrancado
durante el trazado de galerías es cargado por las máquinas cargadoras 22 y los
agujeros de barreno son perforados por máquinas perforadores 23.
Durante la explotación es imprescindible ventilar las galerías subterráneas, pues
los trabajos con explosivos proporcionan gran cantidad de gases nocivos y polvo.
El aire viciado, es aspirado según lo indican las flechas discontinuas, a través del
pozo auxiliar y el canal de ventilación 24, por el ventilador 25. El aire fresco es
aportado según las flechas del trazado continuo a través del pozo principal.
La explotación subterránea trae aparejadas grandes afluencias de agua
subterránea, que se van colectando en un pozo colector 26, para evacuar esas
aguas en la cámara de bombas 27 se instalan las bombas 28.
De este modo en el proceso general de explotación subterránea se destacan tres
etapas principales, el destape o apertura, la preparación y extracción, cada una de
las cuales contiene distintas operaciones, arranque, acarreo o carga del mineral,
entibación de las galerías, ventilación y desagüe, transporte subterráneo y
ascenso hasta la superficie.
197
�Figura No.97. Esquema de explotación de un yacimiento por Método subterráneo,
Borisov, S. M, 1986.
198
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31. Manuel
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Rodríguez.
Realización
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Dublin Core
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Title
A name given to the resource
Monografías
Subject
The topic of the resource
Tesis doctorales defendidas por profesores del ISMM
Dublin Core
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Title
A name given to the resource
Tecnología de explotación de yacimientos
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Dra. Maday Cartaya Pire
Dr. José Otaño Noguel
Dr. Armando Cuesta Recio
Dr. Yoandro Dieguez García
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Type
The nature or genre of the resource
Monografía
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2018
Subject
The topic of the resource
Explotación de yacimientos
Description
An account of the resource
Se presentan los métodos aplicados a la tecnología de laboreo de yacimientos que contempla tanto la apertura como la explotación en el desarrollo de las minas, el
avance de los frentes de trabajo según el modo de laboreo y la argumentación y cálculo de la tecnología utilizada.
Format
The file format, physical medium, or dimensions of the resource
PDF
Language
A language of the resource
Español
laboreo minero
Tecnología
yacimiento