Metodos de exploatcion

Métodos de Explotación y Procesos Metalúrgicos

3.- UNIDADIII: Minería Subterránea.

Extracción Subterránea. Un yacimiento se explota en forma subterránea cuando se presenta una cubierta de material estéril de espesor tal, que su extracción desde la superficie resulta antieconómica.

El objetivo es realizar la extracción de las rocas que contienen minerales de cobre de grandes yacimientos y que se encuentran bajo una cubierta estéril de espesor considerable, por ejemplo al interior de un cerro.

Para ello, se construyen labores subterráneas en la roca desde la superficie para acceder a las zonas mineralizadas. Las labores subterráneas pueden ser horizontales (túneles o galerías), verticales (piques) o inclinadas (rampas) y se ubican en los diferentes niveles que permiten fragmentar, cargar y transportar el mineral desde el interior de la mina hasta la planta, generalmente situada en la superficie.

Construcción de niveles. Los túneles y piques subterráneos se construyen mediante explosivos que se colocan en perforaciones efectuadas en la roca. Estas perforaciones están distribuidas siguiendo la forma que se le quiere dar a la labor subterránea (túneles, piques o rampas) y la tronadura se realiza en secuencia, partiendo desde un punto central hacia los bordes.

Después de la tronadura, se extrae el material fragmentado y se estabilizan las paredes y techo del túnel. Para esto se utiliza una fortificación adecuada para cada tipo de terreno, que depende de sus características y del uso que se le va dar al túnel, pique o rampa. Entre cada tronadura, el sector debe ser ventilado y despejado.


¿Cómo se sostienen las labores subterráneas? Para evitar derrumbes, las diferentes labores subterráneas deben ser sostenidas en el tiempo para permitir el tránsito, el trabajo del personal y el uso de los equipos subterráneos con seguridad. Los túneles son reforzados con mallas de acero, pernos de anclaje y cables de hormigón armado.En forma natural, las rocas están en un cierto equilibrio con el medio en que se encuentran, pero este equilibrio se rompe al hacer una perforación en su interior. El objetivo de la fortificación es ayudar a la roca a recuperar en parte su capacidad de soporte. El tiempo de soporte o fortificación depende de varios factores:


Según su función. Las fortificaciones en los túneles de uso frecuente y prolongado, especialmente aquellas de los lugares por donde deben transitar personas y equipos, deben contar con un factor de seguridad mayor. Las fortificaciones de los túneles que presentan un uso esporádico o donde no transita personal, tienen exigencias menores. Según el peso que soportan. La presión que se genera alrededor de una labor subterránea es mayor cuanto más profunda se ubique, ya que debe soportar una altura mayor de roca. De esta forma los túneles que se encuentran a mayores profundidades requerirán de mayores fortificaciones y de mayor resistencia.


Según las características del terreno. El macizo rocoso presenta diferencias en su constitución (tipo de roca, alteración, estructuras.) Por ello, su comportamiento puede ser diferente en cuanto a dureza y resistencia a los esfuerzos. Una roca que se disgrega fácilmente requiere ser fortalecida totalmente; por el contrario, una roca cohesionada de dureza media se auto sustenta y requiere poca fortificación; en tanto que una roca cohesionada de alta dureza puede concentrar esfuerzos tan grandes que podrían provocar la explosión de las paredes del túnel, por lo que requiere una fortificación extrema.


Explotación Subterránea.

A diferencia de la explotación a rajo abierto, una mina subterránea extrae el mineral desde abajo hacia arriba, utilizando lo más posible la fuerza de gravedad para producir la fragmentación y el desplazamiento del mineral hacia los puntos de carguío. La otra diferencia importante es que en la mina subterránea no se extrae roca estéril, sino que debido a los altos costos que implica la construcción de túneles, la explotación se concentra preferentemente en las zonas de mineral.


Sistema de hundimiento por bloques. Se ponen explosivos en la base de un cubo imaginario el que se debilita y por efecto de la gravedad cae como grandes rocas por los embudos construidos en el cerro. Existe una variedad de métodos de explotación subterránea, pero el más utilizados en la extracción de grandes yacimientos es el conocido como hundimiento por bloques. Este consiste en provocar el desprendimiento de una porción del macizo rocoso del resto de la masa que lo rodea. Para ello mediante el uso de explosivos, se socava de la base de una columna de roca mineralizada, de manera que el resto de la columna se fragmente paulatinamente hacia arriba, y se desplome hacia los puntos de extracción especialmente ubicados para captar la casi totalidad del material quebrado de la columna. En general, los bloques tienen dimensiones entre 100 y 200 m de altura y un área basal de 60 x 90m, lo cual implica entre 1.000.000 y 2.500.000 toneladas por cada bloque.


Nivel de Hundimiento. Corresponde al nivel en que se produce la socavación de la columna de mineral, que se logra haciendo una red de perforaciones hacia arriba que se disponen formando un abanico. En estas perforaciones se introducen explosivos cuya tronadura produce una fragmentación total de la base del bloque hasta una cierta altura. Una vez retirado el material quebrado, el resto del macizo queda colgando hasta que se comienza a disgregar por efecto gravitacional y produce el hundimiento paulatino del total de la columna.


Nivel de producción. Corresponde al nivel de las galerías desde las cuales es captado el mineral quebrado y traspasado hacia el siguiente nivel. Se sitúa entre 8 y 18 m por debajo del anterior, con el cual esta comunicado mediante piques que captan, en forma de embudos, el mineral desde el nivel de hundimiento En el nivel de producción, el mineral es traspasado hacia el nivel de transporte situado más abajo, mediante un trabajo manual o utilizando equipos especiales. Cuando el mineral es de granulometría fina puede ser manejado por un operador (buitrero) que lo hace pasar directamente hacia los niveles inferiores; si es demasiado grueso (roca dura) debe ser manejado por cargadores especiales llamados LHD. Estos cargan el material, lo transportan y lo vierten en los piques de traspaso centralizados que lo conducen a las etapas siguientes.


Nivel de transporte. En este nivel circula el ferrocarril, en cuyos carros se carga el mineral para ser transportado hacia la planta ubicada en la superficie. Este es el túnel de mayor tamaño en la mina. Sus dimensiones son de 5m de ancho por 6 m de alto. Durante la extracción, el mineral se mantiene en los piques de traspaso, los cuales se mantienen llenos. El mineral es vaciado a los carros mediante un sistema de cierre hidráulico, ubicado en la parte inferior de dichos piques, conocido como buzón. El ferrocarril es cargado en movimiento, de manera que la operación se realiza en forma continua. Cada carro transporta aproximadamente 90 toneladas y el tren completo es a capaz de transportar unas 1.300 toneladas en cada viaje.


La forma de extracción del mineral y el tratamiento del hueco creado son los factores que definen, de alguna manera, el método de explotación, pudiendo distinguirse tres grandes grupos: Cámaras y Pilares Este método es conocido también con el termino ”ROOM AND PILLAR” y consiste en ir dejando secciones de mineral, como pilares ,para amantener los huecos creados. Las dimensiones de las cámaras y la secciones de los pilares dependen de las características del mineral y de la estabilidad de los hastiales, del espesor de recubrimiento y de las tensiones sobre roca.

Principales Métodos de Explotación Subterránea.


Tajeo por Subniveles Este método es conocido también con el término “sublevel stopping” y consiste en dejar cámaras vacías después de la extracción del mineral. El método se caracteriza por su gran productividad debido a que las labores de preparación se realizan en su mayor parte dentro del mineral. Para prevenir el colapso de las paredes, los cuerpos grandes normalmente son divididos en 2 o más tajeos; la recuperación de los pilares se realiza en la etapa final de minado. En este método, el minado se ejecuta desde los niveles para predeterminar los intervalos verticales. Los subniveles son desarrollados entre los niveles principales; el mineral derribado con taladros largos o desde los subniveles, cae hacia la zona vacía y es recuperado desde los draw point” para luego transportarlo hacia la superficie.

Cráteres Invertidos Este método ha sido desarrollado recientemente y consiste en el arranque del mineral por rebanadas ascendentes mediante el empleo de voladuras en cráter. El mineral fragmentado puede permanecer dentro del hueco creado, al igual que en el método de cámaras almacén, de forma que se evite el hundimiento de los hastíales. Se extrae también desde el fondo de la galería de base a través de un sistema de tolvas. La técnica de voladura es muy peculiar en este método, ya que los barrenos verticales se perforan todos desde el nivel de cabeza, con equipos de martillo en fondo y con un diámetro habitual de 165 mm. Tras la apertura del sistema de tolvas se introducen en los barrenos cargas de explosivo suspendidas y diseñadas para que actúen como cargas esféricas. El material volado cae dentro de las cámaras y con solape de los cráteres creados se consigue ir ascendiendo en sucesivas pegas hasta que, en la parte superior, queda un pilar corona que se vuela de una sola vez.


Corte y Relleno Ascendente (OVER CUT AND FILL) El mineral se arranca por rebanadas horizontales, en sentido ascendente, desde la galería de fondo. Una vez volado se extrae completamente de la cámara, a través de unos coladeros, efectuándose a continuación el relleno del hueco creado con estériles, con lo que se consigue crear una plataforma de trabajo estable y el sostenimiento de los hastíales. El material de relleno puede ser el escombro procedente de las labores de preparación de la mina o el que con esa finalidad se extrae en superficie de alguna cantera próxima y, una vez triturado, se mezcla con agua para transportarlo hidráulicamente por tubería. Este material se drena para separar el agua, quedando así un relleno compacto. La consolidación puede aumentarse mediante la adición de una cierta cantidad de cemento.


Minado por Almacenamiento provisional (Shrinkage Stopping) El método de explotación por almacenamiento provisional, el mineral es cortado en rebanadas horizontales, comenzando de la parte baja y avanzando hacia arriba. El almacenamiento provisional es un método bastante utilizado en vetas con buzamientos pronunciados donde el mineral es lo suficientemente resistente como para mantener sin soporte tanto la rocas encajonadas como el techo del tajeo. Se pueden tolerar alguna debilidad en las rocas encajonadas en tanto que la dilución resultante no sea un problema; pero el planchoneo puede traer problemas en la extracción por atoramiento de los chutes o puntos de carguío. Para un minado eficiente el buzamiento debe ser mayor de 60 grados.


Método de Entibación con Cuadros (Fortificación de madera) Consiste en el sostenimiento con madera, disponiendo esta en forma de paralelepípedo rectos donde los elementos verticales o estemples soportan las presiones verticales, los horizontales o codales las presiones de los hastíales y los cuatro elementos de unión restantes rigidizan el conjunto. Esta técnica de fortificación se emplea preferentemente en yacimientos de rocas débiles e intensamente fracturadas, cuando el mineral se presenta con formas irregulares, con ramificaciones y contactos mas definidos .si los esfuerzos que deben soportar estos elementos de madera son muy elevados, el sostenimiento se debe completar con un relleno, normalmente hidráulico, dejando pasos y huecos para la ventilación. Este método consume una gran cantidad de madera y requiere mucha mano de obra, por lo que actualmente casi esta en desuso y solo se justifica cuando el mineral es muy rico.


Tajeos Largos Este método puede utilizarse en la explotación de yacimientos estratificados, delgados, de espesores uniformes e inclinaciones preferentemente e pequeñas a moderadas. Inicialmente se aplico en carbón y, posteriormente, se ha extendido a las potasas y a otros minerales duros, como las vetas auríferas, donde el arranque se efectúa por perforación y voladura. El mineral se extrae a lo largo con medios mecánicos: rozadora, cepillo, etc., o con explosivos en el caso de las rocas mas duras.


Hundimiento por Bloques: Consiste en dividir el yacimiento en grandes bloques de seccióncuadrangular de varios miles de metros cuadrados. Cada bloque se socava practicando una excavación horizontal con explosivos en la base del mismo. El mineral queda sin apoyo y se fractura gracias a las tensiones internas y efectos de la gravedad que actúan progresivamente afectando a todo el bloque. El mineral se extrae de los conos tolva y piqueras practicadas, cargándose y transportándose mediante palas de neumáticos a lo largo de las galerías de transporte inferiores.


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