Método de Camaras y Pilares

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UNASAM FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS GEOLOGÍA Y METALURGIA

INTRODUCCIÓN

El método de explotación es la estrategia global que permite la excavación y extracción de un cuerpo mineralizado del modo técnico y económico más eficiente.

DISEÑO Y MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEA – CÁMARAS Y PILARES

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OBJETIVOS

Objetivo general:

Dar a conocer un método de explotación que es el único aplicable en el caso de yacimientos tabulares horizontales o subhorizontales.

Objetivos específicos:

Conocer las características estructurales de los depósitos minerales. Presentar y detallar cada una de las etapas que comprende Determinar la carga del pilar de un ejemplo propuesto. Conocer las ventajas y desventajas que ofrece este método de explotación

subterránea.


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CAPITULO I

DEFINICIONES DEL MÉTODO

1.1. MÉTODO DE EXPLOTACIÓN POR CÁMARAS Y PILARES

Es un método donde el minado avanza en superficie horizontal o sobre

una pequeña gradiente.

Se abren múltiples tajeos o cámaras, dejando zonas intactas para que

actúen como pilares, para sostener la carga vertical.

Desde que la dirección de la excavación está en un nivel donde el

mineral no fluye por gravedad, por consiguiente: el material debe ser

cargado en la cámara donde sea extraído y transportado a un punto

donde pueda fluir ya sea por gravedad o por medios mecánicos, a un

punto de reunión central para ser sacado fuera de la mina. (Ver anexo N° 01)

El empleo de la gravedad, es un aspecto importante del minado de

cámaras y pilares que lo diferencia de otros métodos de tajeos abiertos

En algunos casos, no se planea con mucha precisión la ubicación de los

pilares, pero el operador de mina simplemente por la experiencia va

dejando los pilares donde sea necesario, y los ubica en zonas de menor

valor de mineral o zona estéril.

Es el método de explotación más utilizado en todo tipo de minería y para

casi todas las mineralizaciones que constituyan yacimientos explotables

bajo tierra. Es un método de explotación donde desarrolla y prepara un

bloque de diferentes dimensiones, para posteriormente avanzar o extraer

mineral generando un frente de arranque denominado cámara y para


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estabilizar o soportar el techo y/o piso se deja como sostenimiento

natural mineral que constituyen los pilares, pilares rectangulares y

machones.

Este método lo constituyen dos grandes métodos con sus respectivas

divisiones, así:

Método de explotación por cámaras.

Método de explotación por pilares.

Los fundamentos teóricos de diseño y cálculo son similares y se explican

en la explotación por cámaras. La diferencia básica está en las

clasificaciones particulares, la razón de explotación y ataque del frente de

arranque, antes que en la misma operación minera. (Ver anexo N° 03)

1.2. CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS DEPÓSITOS MINERALIZADOS

Las condiciones principales para aplicar un método de cámaras y

pilares (Room and pillar) son:

1. Cuerpo mineralizado de grandes dimensiones.

2. Cuerpo plano o casi plano (Buzamiento de 0° a 20°).

3. Roca competente.

Criterios limitantes por los cuales se selecciona el método:

1. La seguridad.

2. Cumplimiento de regulaciones ambientales y sociales.

3. Requerimientos legales.

4. Óptima recuperación de mineral.

5. Operación que permita el retorno de la inversión.

Efectos del tamaño, la forma y el espesor del macizo rocoso

1. El método es adaptable a grandes reservas de mineral

emplazados en forma horizontal o casi horizontales.

2. Se pueden abrir muchas áreas de producción lateralmente.


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3. No se emplearía el método, si el mineral tiene un alto buzamiento

(+20°).

4. Se emplea el método si hay facilidades para accesos simples y

directos.

5. Se puede emplear el método con equipos mecanizados y empleo

de pilares competentes o reforzados.

1.2.1. Cámaras y pilares.- Piso Horizontal. (Ver anexo N° 03)En el método de cámaras y pilares en piso horizontal tenemos las

siguientes características:

Tajos ya explotados sirven como vías de transporte.

Perforación con Jumbo o jumbo y carro.

Carga y transporte con LHD o LHD y camión.

1.2.2. Cámaras y pilares.- Piso Inclinado.(Ver anexo N° 04)En el método de cámaras y pilares en piso inclinado tenemos las

siguientes características:

Difícil mecanización.

Perforación manual (martillo de mano y columna neumática).

Trasporte sobre vía por galería inferior de trasporte.

1.2.3. Cámaras y pilares.- Piso Escalonado para depósitos inclinados. (Ver anexo N°05)En el método de cámaras y pilares en piso escalonado para depósitos

inclinados tenemos las siguientes características:

Galerías de acceso orientadas según pendientes asequibles a los equipos sobre neumáticos.

Perforación con jumbo. Carga y trasporte con LHD o LHD y camión.


W

B/2

LB

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CAPITULO II

DISEÑO DE PILARES

2.1. CRITERIO DEL DISEÑO DE LOS PILARESComo estos métodos se caracterizan por la necesidad de dejar pilares

que sostienen el techo, el objeto principal del diseño es, en estos

casos, el cálculo de las dimensiones de los pilares para tener un

determinado coeficiente de seguridad, y comprobar la tasa de

recuperación del yacimiento en las condiciones establecidas.

2.1.1. DETERMINACIÓN DE LA CARGA DEL PILAREn esta teoría se supone que el pilar aguanta un peso igual al de la

columna de la sección del pilar hasta la superficie más la columna del

hueco atribuible al pilar.


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2.1.1.1. Determinación de la carga del pilar

Sp=ggH (w+B)(L+B)wL

Si consideramos que la densidad media de las rocas de cobertura es de 2.5, tenemos:

Sp=24,525H (w+B)(L+B)wL

La fórmula tiene una unidad de KPa.


“g” es la densidad de la roca de cobertera hasta la superficie.

“g” es la aceleración de la gravedad 9,81 m/s2

B/2B

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2.1.1.2. Secuencia de diseño

Se trata de calcular el factor de seguridad “F” de los pilares en

función de los parámetros geométricos de las cámaras y de los

pilares y ver si los valores obtenidos están entre 1,5 y 2.

F= spSp

=1.5 a2

1. Se tabula el esfuerzo de compresión uniaxial en función del diámetro

D de la probeta ó del lado del cubo-probeta (Se suelen tomar

probetas de 50 mm de lado), es decir de los ensayos de laboratorio

con probeta, sacamos su esfuerzo de rotura de la compresión (Sc).

2. Se determina el valor de “k” para los pilares en cuestión.

k=Sc √D3. Se calcula “SP” mediante la fórmula de Bieniawski.

sp=s1(0.64+0.36 wh )Donde:

s1= k√0.9144

y hes conocido por ser la potenciade la capa

4. Se selecciona el ancho de la cámara.


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5. Se calcula la carga Sp del pilar:

Sp=24.525H(w+B )(L+B)

wL

Donde Sp es la tensión del pilar kPa, H es la profundidad por debajo

de la superficie en m, w es el ancho de los pilares en m, L es el largo

de los pilares en m.

6. Se selecciona el factor de seguridad, entre 1,5 y 2.

SpF

=Sp

Suponiendo que L/W varía entre 1 y 1,5.

7. Por cuestiones económicas y de recuperación se comprueba la tasa

de extracción “e” para ver si da un valor aceptable.

e=1−( ww+B )( L

L+B )

8. Si la tasa de extracción no es aceptable (menor del 50 %) y se

necesita incrementarla disminuyendo el ancho “W” de los pilares, se

selecciona en el paso “7” un nuevo ancho “W” y un nuevo largo “L”

que den una tasa “e” de extracción aceptable y se calcula si estos

valores son aceptables desde el punto de vista de la estabilidad de

la mina.


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EJEMPLO

Comprobar una operación minera de carbón existente y mejorar su tasa de

recuperación.

Datos:

Profundidad: H= 152 m

Ancho de la cámara: B= 5,5 m

Ancho del pilar: W= 18,3 m

Longitud del pilar: L= 24,4 m

Potencia de la capa: h= 2,1 m

Relación L/W: L/W= 1,33 m

De los ensayos de laboratorio con probetas de 54 mm de diámetro se ha

hallado:

Sc =26352 (kPa)

A continuación hallamos:

Sp=S1(0.64+0.36 wh )=6404 (0.64+0.36 18.32.1 )=24189 kPaA su vez:

Sp=24.525(w+B )(L+B)

wL =24.525∗152(18.3+5.5 )(24.4+5.5)

18.3∗24.5 =5917 kPa

SOLUCIÓN:

Hallamos en primer lugar

k=Sc √D=26352√0.054=6124


De estas 2 relaciones

Sale:

Los valores obtenidos de “W” y “L” serán menores que los de partida (8,8 m y 11,7 m) y en consecuencia la recuperación “e” del yacimiento será mejor con un factor de seguridad de 1,5.

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A partir de k hallamos

S1= k√0.9144

= 6124√0.9144

=6404 kPa


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CAPITULO III

ETAPAS

3.1. DESARROLLOEn los cuerpos mineralizados de inclinación cercana a la

horizontal, se requiere mínimos desarrollos previos a la

explotación propiamente tal. Casi siempre es posible utilizar

como vías de acceso y transporte del mineral las mismas

cámaras ya explotados.

En el caso de cuerpos de mayor inclinación, donde las

pendientes no permiten la circulación de los equipos de carguío

y transporte sobre neumáticos, es necesario desarrollar con

anterioridad niveles horizontales, espaciados regularmente

según la vertical y orientados según del manto.

Tales niveles se pueden comunicar entre sí mediante rampas, o

también se pueden habilitar piques de traspaso cortos que

conducen el mineral a un nivel de transporte principal horizontal

emplazado bajo el manto.

3.2. ARRANQUELa perforación y la tronadura de producción se realizan según

las prácticas habituales que se aplican en el avance de túneles

y/o galerías.

Dependiendo del espesor del manto, vale decir, del espacio

disponible, el nivel de mecanización que es posible utilizar

incluye desde la perforación manual hasta los jumbos de gran

tamaño.

En presencia de mantos de gran potencia (espesor) la

operación de arranque se realiza en dos etapas:


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- Se extraen la parte superior del manto según la modalidad

antes indicada.

- Luego se recupera la tajada inferior mediante una operación

de banqueo como en una mina a cielo abierto.

Dependiendo de la inclinación del manto, se utiliza equipos

montados sobre neumáticos o sobre orugas.

3.3. CARGUÍO Y TRANSPORTEEl mineral tronado se carga directamente en los frentes de

trabajo, de preferencia con equipos cargadores diesel

montados sobre neumáticos.

El espesor del manto, las dimensiones de los espacios y de los

accesos disponibles, y la capacidad productiva de la faena,

determinan el nivel de mecanización que es posible utilizar.

En mantos de gran potencia, sin problemas de espacio, se

usan cargadores frontales y camiones normales. Con

restricciones de espacio, se prefieren los cargadores LHD

conjuntamente con camiones especiales de bajo perfil.

3.4. VENTILACIÓNLa gran extensión horizontal que pueden alcanzar los laboreos

y el uso intensivo de equipo diesel, hacen necesario implantar

un sistema de ventilación que pueden llegar a ser bastantes

complejo.

En la mayoría de los casos resulta indispensable instalar

sistemas de ventilación secundaria, utilizando ductos y

ventiladores auxiliares ubicados en las proximidades de los

frentes de trabajo.

3.5. PRODUCCIÓNLa producción de mineral sobre una superficie plana aplica las

mismas técnicas de voladura en frentes.


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Donde las condiciones geológicas son favorables, los tajeos

pueden ser más grandes y se pueden usar jumbos y un minado

más productivo.

La mineralización con mayor altura son minados en tajadas.

Empezando del tope y yendo hacia abajo. En esta etapa, el

control del techo y los pernos se hace con una altura

conveniente.

Las secciones hacia abajo se recuperan con banqueos, en una

o más etapas usando equipos de perforación montados sobre

orugas.

3.6. VENTAJAS- Alto grado de flexibilidad (se adapta a grandes cambios)

en el plan de minado.

- Muchos aspectos del ciclo de minado son repetitivos.

- El método puede ser aplicado como un método de

minado selectivo, dejando desmonte como pilares o en

zonas de mineral marginal o de espesores delgados.

- El sistema puede ser aplicado a múltiples niveles, sin

desmejorar las condiciones estructurales de otros

niveles.

- Es aplicable a grandes cuerpos mineralizados, con

muchos frentes de desarrollo.

- El método permite una alta mecanización, el

mantenimiento es mucho más simple y el equipo puede

ser movido fácilmente de un sitio a otro.

- La ventilación es buena en este sistema.

- La seguridad para el trabajo es mejor (control de techos).


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3.7. DESVENTAJAS- El mantenimiento activo de los techos se hace en

periodos prolongados.

- Esto puede convertirse en un problema de seguridad.

- Si las condiciones del terreno cambian a uno de menor

calidad y competencia, el método se vuelve altamente

costoso y en el extremo fallar completamente.

- A medida que la carga se incremente sobre los pilares a

medida que se profundiza, el tamaño de estos puede ser

mayor y dejar más mineral, haciendo el método

antieconómico.

- La operación de un método eficiente requiere un alto

costo de capital para el equipamiento, pero este es

compensado con menores costos de operación ($/Tn).

- A medida que se incrementa el tamaño de las cámaras

la caída de rocas puede causar un mayor daño a

equipos y personas.


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CONCLUSIONES

Se dio a conocer un método único aplicable a yacimientos tabulares horizontales o subhorizontales.

Se dio a conocer las características estructurales de los depósitos minables.

Las etapas que comprende este método fueron: Desarrollo, arranque, carguío y trasporte, ventilación y producción.

Se determino que la carga del pilar del ejemplo propuesto fue de 5917 kPa.

Se presento las ventajas y desventajas del método de explotación subterráneo por cámaras y pilares.


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BIBLIOGRAFÍA

http://es.slideshare.net/garciamp13/metodos-de-explotacin-por-camaras-y-pilares-room-and-pillar

https://www.academia.edu/4912716/METODOS_DE_EXPLOTACI%C3%93N_BAJO_TIERRA_-APUNTES_DE_CLASE-BORRADOR-_CAPITULO_IV-M%C3%89TODO_DE_EXPLOTACI%C3%93N_DE_C%C3%81MARAS_PILARES

ANEXOS


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ANEXO N° 01

ANEXO N° 02

Vista En Planta De La Distribución De Los Pilares

ANEXO N° 03


Distribución regular

Distribución Irregular

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Cámaras y Pilares- Piso horizontal

ANEXO N° 04

Cámaras y Pilares- Piso Inclinado

ANEXO N° 05


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Cámaras y pilares- piso escalonado para depósitos inclinados


Método de Camaras y Pilares

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