El método de explotación de pizarra en la mina La Campa enFolgoroso de Courel (Lugo), realizado por Proacón para CupaGroup, uno de los líderes mundiales en materiales deconstrucción, se ha realizado por cámaras y pilares. En eldiseño conceptual realizado ha quedado de manifiesto la gransensibilidad que tiene sobre los esfuerzos tensionales en lascámaras el ratio k0. Este ratio no puede ser conocido consuficiente precisión hasta que no se inicia la explotación de lascámaras. Por este motivo, era desaconsejable la explotación dela cámara 1 hasta que no se tuviera un mayor conocimientodel comportamiento real del macizo rocoso.

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Sistema deexplotación de la minaLa CampaJosé Manuel Vázquez Vázquez, Jefe de Grupo Proacón

Exterior de la minaLa Campa

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Las premisas sobre las que se partió para eldiseño del método de explotación fueron lassiguientes:

� Inicio de la explotación únicamente de lacámara 2, dejando para futuros desarrollos laexplotación de la cámara 3 y sucesivas.

� La calota que constituye la clave de la cáma-ra deberá ser ejecutada en su mayor parte enpizarras no explotables, con el fin de conse-guir el mayor aprovechamiento posible. Estoimplica que parte de la calota se excavará enalternancias de pizarras areniscas y cuarcitas,de peor calidad geotécnica que las pizarrasexplotables. Por esta razón, es imprescindiblerealizar un control geotécnico intenso delmacizo rocoso durante la excavación de lacalota.

� La calota seguirá la dirección del buzamientode la capa explotable, por lo que su pendien-te será de 8º (14%).

� Previamente al inicio de la explotación de lacámara, se excavará y sostendrá la calota ensu totalidad. La excavación de la calota se rea-lizará por medio de perforación y voladura.

� Los accesos a las cámaras se realizarán a tra-vés de dos galerías de acceso desde el exte-rior: Galería Este y Galería Oeste y de lascorrespondientes galerías transversales queunen las galerías principales de acceso con lascámaras.

� Cada cámara tendrá en clave dos accesos: apie y a cabeza de la cámara. No obstante,según avance la explotación, las galeríastransversales a pie de cámara deberán serrebajadas o se excavarán nuevas galerías yrampas para accecer a los niveles de explota-ción inferiores. La transversal de cabeza decámara quedará en clave únicamente comovía de evacuación de personal por medio deescaleras modulares y para cerrar el circuitode ventilación de las cámaras.

� El acceso de maquinaria, suministros y perso-nal y el transporte de material se realizará através de las galerías de pie de cámara.

� La explotación se realizará en niveles descen-dentes de 5 metros de altura cada uno. Ladirección de los niveles coincidirá con ladirección del eje de la cámara, quedando unaconfiguración de bancos corridos.

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Acceso a lascámaras deexplotación

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� La explotación de las cámaras se realizarácon medios y personal propios.

� Si por necesidades de producción es nece-sario ejecutar bancos de menor altura, cadanivel se podrá dividir en dos banqueos de2,5 m de altura cada uno. Los accesos acada banqueo se podrán realizar desde lasgalerías transversales o dentro de la propiacámara por medio de rampas de materialsuelto proveniente del estéril de la propiaexplotación.

� La anchura de cada banco de explotacióntendrá unas dimensiones mínimas de 4 m,suficiente para permitir el trabajo de lamaquinaria de producción: pala cargadora,camión dúmper, perforadoras y máquinasde corte.

� Conforme profundice la explotación, se eje-cutará el sostenimiento de los hastiales delas cámaras.

Ejecución de la calota de lascámaras. Método constructivo.

La ejecución de la calota de las cámaraspresenta las siguientes características:

� Se excavan en materiales rocosos, funda-mentalmente pizarras, areniscas y cuarcitasde calidad geotécnica buena (RMR mediosde 57 a 67puntos).

� Las dimensiones finales de la calota son delorden de los 20 m de ancho, lo que obliga asu ejecución por fases: Galería de Avance yBataches laterales (izquierdo y derecho).

� Las dimensiones de la galería de avance serestringen a 6 m de ancho por 5 de alto (29m2) y su longitud es de 150 m.

� La pendiente de la calota sigue la direccióndel buzamiento de la capa explotable (8º).

� Las restricciones de espacio, debido a queson galerías mineras, son muy estrictas.

En estas condiciones, el método deexcavación más adecuado es el de perforacióny voladura. El método de sostenimiento esflexible, basado en hormigón proyectado, cablesy mallazo electrosoldado, que quedaría comosostenimiento definitivo de la clave de lacaverna.

Esta combinación de métodos es la másadecuada para la ejecución de galerías en roca,pues permite colocar fácilmente elsostenimiento y aprovechar mejor la capacidadportante de la roca. Esta metodología permiteademás adaptarse a todo tipo de calidadesgeomecánicas de rocas y a los requerimientosgeométricos.

Construcción de la calota conperforación y voladura

Actualmente, la construcción de túneles ygalerías en roca se realiza en su mayor parteempleando una tecnología de sostenimientobasada en el empleo de bulones, hormigónproyectado, fibra metálica, mallazo y cerchas. Enel caso de la calota de las cámaras de

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Esquema de explotación de las cámarasmediante sucesivos niveles

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explotación, el estudio geotécnico realizadodemuestra que no es necesaria la instalación decerchas metálicas. Por otro lado, dado que elsostenimiento de la calota será el sostenimientofinal de la clave de las cámaras, es necesariosustituir los anclajes de bulones por anclajes decables, ya que las dimensiones finales de lacaverna así lo aconsejan.

La anchura final de la calota es muy grande:20 m. Dadas estas dimensiones, la excavación delos mismos se debe realizar por fases,denominadas “Avance” y “Bataches laterales”. Laexcavación por fases facilita el procesoconstructivo, acorta plazos y favorece laestabilidad de la sección.

La altura máxima de la calota viene definidapor la necesidad de excavar lo mínimo posiblelas obras de infraestructura en pizarras de altacalidad comercial, por eso se limitó esta altura a5 metros. Estas dimensiones puedencondicionar el tipo de maquinaria de ejecuciónde la calota, especialmente la longitud del brazodel jumbo para la colocación de los cables desostenimiento y en menor medida la maquinariapara desescombro.

En función de la calidad comercial de lapizarra que se excava en la zona de calota, sevalora la posibilidad de aumentar la altura de la

misma con el fin de poder utilizar medios demayor producción. En el presente proyecto, seconsideró que la altura máxima era de 5 metros,por lo que la maquinaria, medios y rendimientosprevistos para la ejecución son acordes conestas dimensiones.

La secuencia de excavación ha sido lasiguiente:

1º.- Ejecución de la galería de avance de lacalota en toda su longitud. La excavación serealizó en pases de longitud variable entre 1,0 y3,4 m en función de la calidad de la rocaexcavada. Simultáneamente a la excavación, secolocó parte del sostenimiento previsto en laclave de la galería: 5 cm de hormigón proyectadocon fibras, primera capa de mallazoelectrosoldado 150x150x6, cables de 10 m delongitud y segunda capa de hormigónproyectado con fibras de 10 cm de espesor. Enlos hastiales, no se previó la colocación desostenimiento sistemático.

2º.- Ejecución de los bataches laterales. Unavez excavada y sostenida la galería de avance decalota, se inició la ejecución de los batacheslaterales. Éstos se pueden excavarsimultáneamente, pero dejando siempre unadistancia mínima entre ambos frentes de 30metros. La longitud del pase de avance varía

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Galeria de accesoa las cámaras deexplotación

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entre 1,0 y 3,4 m en función de la calidad de laroca excavada. Simultáneamente a laexcavación, se coloca parte del sostenimientoprevisto en la clave de la calota: 5 cm dehormigón proyectado con fibras, primera capade mallazo electrosoldado 150x150x6, cablesde 10 m de longitud y segunda capa dehormigón proyectado con fibras de 10 cm deespesor. Se dejó la suficiente cantidad demallazo metálico para poder solaparlo con lasegunda capa de mallazo que se colocaráposteriormente.

3º.- Finalización del sostenimiento de calota.Una vez excavada la totalidad de la calota einicialmente sostenida, se completó elsostenimiento previsto en planos: segunda capade mallazo electrosoldado y hormigónproyectado con fibras hasta completar los 25cm de espesor mínimo. En la zona de la pata deelefante prevista en los hastiales, antes decolocar el mallazo se engrosó con hormigónproyectado hasta el espesor previsto en Planos.Seguidamente, se dobló el solape de la primeracapa de mallazo dejada en espera y se colocó lasegunda capa de mallazo solapando con laprimera.

Las excavaciones se realizan medianteexplosivos. El proceso de excavación sigue unproceso de avances cíclicos, que consta de lassiguientes etapas:

1. Perforación de los taladros.2. Carga de explosivos y voladura.3. Ventilación.4. Carga del escombro y transporte a lugar

de acopio.5. Saneo.6. Colocación del sostenimiento.7. Replanteo de la siguiente voladura.

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Sostenimientomediante cables,

gunita y mallazo dela calota de la

cámara

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Para la perforación de la voladura se empleaun jumbo. Como apoyo al mismo, en algunostramos de peor calidad geotécnica se puedeexcavar con una máquina retroexcavadorasobre orugas que pueda montar un martillopicador y cazo excavador. El desescombro serealiza con maquinaria diésel siendorecomendable la utilización de palas cargadorasde tipo LHD para realizar la carga de escombroy el transporte hasta la boca de la galería o unpunto donde cargue sobre camiones de cargaarticulados.

MaquinariaPara perforar los barrenos de la voladura se

emplea un jumbo. El rendimiento de laperforación depende de las prestaciones delmartillo que monte la máquina. Es convenienteque el jumbo esté robotizado, perforando losbarrenos de acuerdo a un protocoloinformático preprogramado. La longitud de losbrazos de perforación permite perforarbarrenos de hasta 3,5 m. Para el desescombrose puede emplear una pala de tipo LHD capazde realizar largos recorridos de transporte(hasta 250 m) cargada con escombro.

El sostenimiento se ejecuta de formainmediata a la excavación para prevenirinestabilidades. Los sostenimientoshabitualmente utilizados en roca suponen elempleo masivo de hormigón proyectado(gunita). Por ello se emplean gunitadorasrobotizadas de alto rendimiento, que permitenacortar al máximo la duración de los ciclos deavance. El hormigón proyectado se transportahasta el frente mediante cubas de hormigón, quevierten la gunita directamente sobre lagunitadora. El robot gunitador acerca su lanzade proyección hasta 1,5 m de la pared rocosa agunitar para de este modo mejorar laresistencia final del hormigón y reducir elrechazo.

Para la colocación de los cables desostenimientos, de 10 m de longitud, se requierela utilización de maquinaria especializada de tipocableadota, capaz de perforar, colocarautomáticamente los cables y cementarlos pormedio de lechada. Para labores accesorias (cargade explosivo, colocación de mangón deventilación, colocación de secciones deconvergencias, etc.) es necesaria la utilización deplataformas de trabajo. De cara a realizar el

saneo del perfil de excavación tras cada pase, sedispone en obra de una máquina de tiporetroexcavadora con martillo hidráulico.

Explotación de las cámaras.Secuencia de explotación.

Una vez excavada y sostenida la calota de lacámara, se inicia su explotación. La secuencia deexplotación es descendente, de techo a muro yen avance desde la transversal de pie de lacámara hacia la transversal de cabeza,ejecutando bancos corridos paralelos al eje dela cámara.

En primer lugar se debe realizar el rebaje dela galería transversal de pie de la cámara 2. Laaltura máxima de la galería es de 10 m. Se hadiseñado un sostenimiento específico para estasdimensiones, que debe ser instalado segúnavance la excavación del rebaje de la galería.

Inicialmente se consideró la división de cadanivel de producción en dos bancos deextracción de 2,5 m cada uno. De este modo, seposibilita la utilización de máquinas de cortetanto de hilo diamantado como de sierra decorte. Para la conexión entre distintas cotas de

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Jumbo manualparametic

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explotación se utilizan rampas de materialprocedente del estéril.

La altura total del rebaje de la galeríatransversal de acceso es de 5 metros. Paraquedar al nivel de la solera del primer banco deexplotación se debe rellenar parte de loexcavado con estéril.

El ancho de los bancos de explotación varíaentre 3,0 m para el primer nivel de explotaciónhasta los 3,75 para el nivel número 3 situado enla mitad de la cámara. En cada nivel deexplotación se deja siempre una calle debanqueo de 5 metros de ancho.

La explotación se inicia con los dos bancosdel nivel 1, avanzando desde la galeríatransversal de pie hacia la de cabeza. La calleprincipal (de 5 m de ancho) de este nivel deproducción queda centrada y enfrentada conla galería transversal de acceso. La rampa deacceso entre bancos queda pegada al hastialNorte de la cámara. Esta rampa se eliminacuando se ha extraído toda la pizarra delbanco superior.

En principio, se previó únicamente el accesopor el pie de la cámara, quedando la galería decabeza como galería de emergencia. En todocaso, para permitir siempre una salida deemergencia, se debe instalar una escalerametálica de tipo modular entre el nivel deproducción situado a menor cota y la galería

transversal de cabeza. Esta escalera debe estarconvenientemente arriostrada a los hastiales dela cámara de explotación y se van añadiendosucesivos módulos según profundice laexplotación. Antes de finalizar la explotacióncompleta del nivel 1, se ha ejecutado la rampade acceso desde la galería Este al nivel deexplotación 2 y 3. El entronque de esta rampacon la cámara se realiza en el hastial Sur de lacámara 2.

La explotación del nivel 2 se realiza de formasimilar al del nivel 1, pero la calle principal vaquedando pegada al hastial Sur de la cámara, enlugar de quedar centrada. Las rampas de accesoentre bancos se sitúan en el hastial Norte de lacámara. Próxima a finalizar la extracción delnivel 2, se realiza el rebaje de la rampa deacceso hasta la cota de solera del nivel 3.Durante el tiempo que dura la excavación ysostenimiento del rebaje, no se tiene accesodirecto al nivel de explotación de la cámara; porello se debe planificar esta parada.Alternativamente, se puede realizar laexcavación completa de la rampa de acceso yrellenarla con escombro para acceder al nivel 2.Cuando se quisiera acceder al nivel 3,únicamente habría que retirar el escombro.

Para la explotación de los niveles 4 y 5, esnecesario excavar una rampa de acceso a lacámara 2 por el hastial Norte. Esta rampa cruzapor debajo de la primera transversal ejecutadapara acceder a la calota de la cámara. En esta

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Traslado de losbloques de

estéril mediantepalas cargadoras

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fase de explotación esta transversal ya habríaquedado abandonada. El espesor de roca en elcruce de ambas galerías es de 3,9 m suficientepara asegurar la estabilidad de la rampa.

La explotación de los niveles 4 y 5 se hace deforma similar a la de los niveles 2 y 3, pero lacalle principal queda pegada al hastial Norte de

la cámara y las rampas de acceso entre bancosal hastial Sur.

Maquinaria de producciónEl método de explotación previsto implica la

utilización intensiva de maquinaria de corte. Esnecesario realizar cortes en todas las

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Gunitadora

Vista delsostenimiento de lacalota de la cámara

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direcciones para delimitar los distintos bloques:horizontales, verticales ciegos, a 90º, etc.

Las sierras de corte sobre cadenas, conlongitudes de espadín de 4 m, tienen una granversatilidad y permiten la ejecución rápida detodos estos tipos de corte. No obstante, estetipo de maquinaria supone una fuerte inversióninicial y un gran gasto en desgastes en rocasabrasivas, no conociéndose que se haya aplicadoen España para la explotación de pizarras.Aunque no tan versátiles como las sierras decorte, las máquinas de corte con hilo permitenrealizar los cortes necesarios para independizarel bloque primario.

Todas las máquinas de corte son accionadaseléctricamente. Para la ejecución de losbarrenos de guía, es necesario perforar condiámetros de 95 mm en el caso general y de255 mm si se necesita realizar cortes ciegos.

La maquinaria de perforación, dado que seencuentra en un ambiente de trabajosubterráneo, debe ser hidráulica o bien preverun dispositivo adecuado de supresión de polvo.Para la separación de los rachones de pizarra, sepueden utilizar colchones neumáticos o bien

realizar la separación con ayuda del cazo de lapala cargadora a favor de la pizarrosidad.

El estéril proveniente de recortes o de zonasde pizarra de mala calidad comercial soncargados en camiones por medio de una palacargadora sobre ruedas.

Durante toda la fase de explotación de lacámara se va instalando el sostenimientodefinido para los hastiales de las cámaras(bulones de 4,8 m y malla de triple torsión).

Para la ejecución de los barrenos se necesitaun jumbo de un brazo, que es el encargado deperforar las voladuras y colocar sostenimientosen las galerías de desarrollo que seannecesarias. Para la colocación de los bulones senecesita una plataforma de trabajo sobreruedas, de tipo andamio metálico móvil.

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Vista de lascámaras

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