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Reg.codeAHB TAB 2222-151988-02

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Guíh de la

minería subteffráneamétodos y aplicaciones

IntroducciónEsta guía contiene un estudio y descripción de los métodos corrientes para la mineríasubterránea, Las descripciones están l imitadas sólo a las aplicaciones típicas, con dis-cusiones concentradas en las características plincipales.

Los métodos han sido elegidos para presentar una muestra representativa de aplica-ciones el año 1980. La tecnología de minería presenta sin embargo un panorama cam-biante cr"rando se introducen máquinas nuevas y se moditican métodos. Para mantenery actualizar los conocimientos confiamos en el intercambio continuo de experienciascn nue 5 l r ( ) f i tn to.

Cada criadero, cada nina es única en su tipo. No podernos cubrirlas todas con estaguía. Sienrpl'e habrán variaciones que quedarán por ser descritas.

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Copyfight Atlas Copco. Reproducciónpermit¡da si se hace referencia al ori-gen. Hay copias disponibles de lasilustraciones. Se hace relerencia enlon-ces al número de fotograf ía en el pie decada f igura.

IndiceIntroducción¿Qué es el mineral?Exploración y prospección

Anlecedentes . .Geología mineralExploración geofísicaExtracción de testigos por sondeo

Preparación de la minaProfundización de pozosPerforación de galeríasPerforac ión dechimeneas . . . . .Avance de rampas

Métodos de explotac ión . . . .Explotación por cámaras y pilaresExplotación plana por cámaras y pilaresExplotac ión inc l inada poróámaras y p i lares . . . . .Explotación en etapas por cámaras y pilares . . . .Realce por subniveles . . . . .Explotación por cámara almacénExplotación por gradas de retroceso vertical . . . . .Explotación por corle y rellenoExplotación de minerales blandosCorte y rellenoExplotac¡ón de relleno y corteExplotación por tajos largos .Hundimiento por subniveles . . . . .Hundimiento de bloques

Métodos de explotación, máquinas y eficaciaMinería en la década de 1990Modernización total .Máquinas más grandesMás acción

Máquinas para minería subterránea . . .PerforaciónCarga de barrenosAnclajeSaneoC a r g a y t r a n s p o r t e . . . . : .

La mina del futuro

¿Qué es el minel .l?Nosolros definimos el mineral como un yacimienlo quepuede ser explotado con rentabi l idad bair las condicioneseconómicas ex¡slenles.

Esta definición da lugar a ref lexbnes. El mineral no existehasta que haya sido clasificado de esta mariera. Para lla-mar a una mineral ización como un criadero se requieremás información que sólo el contenido de melal. Se re-cluiere un conocimienlo prolundo de las condrciones alre-dedor de la mineralización y buenas ideas sobre los costesde mineria pa¡a realizar un esludio de posibilidad de reali-zación.

Vale la pena observar las "condiciones economicas exis-tenles". Desde el punto de visla del m-rero se liian las con-droones eco¡ómicas por los precios en las bcfsas inlerna-c¡onales de melales Los prec¡os de 10's melabs delermi-nan el valor que se pt¡ede aslgnar a la roca que lleva unconlenido especifico de metal.

Los Drecios en las bolsas de metafes fluclúan con la situa-ción oferta demanda en el mercado mundial. Los cambiosde orecios afeclan d¡rectamente las ooeraciones de mine-ría. a veces con consecuencias drásticas Los preciosbajos duranle un período de t iempo obl igarán a cerrar alas minas que traba,an con mineral de baja ley.

Los precios al los inf luyen de manera conlraria. Aumenlanlos ingresos de la mina, y se puede explotar roca con unconten ido de meta l más ba lo ob ten iendo un benef i c io . Seaumentan las reservas de minera l , para permi t i r una ex-pansión de la producción o un período más largo de opera-c ión produc t iva .

Exploración ya ,prospeccton

El mundo tecnológico de hoy necesita un suministro abun-dante de recursos naturales. Petróleo, minerales, carbón,son algunos de los recursos en los que la demanda puedesobrepasar la oferta en el futuro. La mayor parte de losyacimientos de superficie o de afloramiento han sido loca-lizados y están siendo trabajados. Las necesidades de re-cursos deben ser satisfechas en el fuluro oor la localiza-ción de yacimientos subterráneos. Estos se encuentran aprofundidades de hasta alrededor de 10 kilómetros en lacorteza exterior de la Tierra. La exoloración eficaz encon-lrará estos yacimientos.

Fig | ¿Qué es el ¡nt¡ teral?

AntecedentesLa prospección, en su forma más s imple y más temprana.impl icó sólo un estudio minucioso y deta l lado de las carac-ter ís t icas y d iscrepancias de la superf ic ie nalura l El en-contrar af loramienlos de rocas que l levan minerales. e l se-gui r cantos rodados en áreas de arrastre g lac ia l . la ext rac-c ión de oro en r íos - es las eran unas pocas de lastécnicas lempranas. El éx i to dependía f recuenlemente enel azar . Sin embargo era rara vez que eslas lécnicas ocula-res podían descubr i r los yacimientos más profundos y to-talmente cubiertos. Paralocalizar éstos fue necesario per-forar hacia abajo desde la superf ic ie o desde una galer ía otúnel subterráneo para obtener una muestra para anál is is .La técnica de perforación de testigos con una broca de di-amanles, un sacalest igos hueco, y una cadena de barrasfue in t roducida en 1862 por un ingeniero de construcciónde túneles suizo. La necesidad de saber la cal idad de laroca por delanle en la perforación del túnel f ue el motivode esle desarrollo. Pronto se empezó a usar la lécnica pa-ra obtener muestras de yacimientos de mineral.Pero la perforación era lodavía "ciega". Mientras que elgeólogo podía decir que las condiciones de roca en unazona especí f ica eran ta les que podrían ex is l i r minerales,agua u otros yacimientos, era todavÍa imposible delimitarde antemano los límites del yacimiento de mineral.Los métodos geof Ísicos para localizar yacimientos subter-ráneos y para dirigir la perforación de prospección entróen uso comercial a gran escala desde 1920 en adelante.Las economías alcanzadas por eslas nuevas técnicas re-sultaron en la iniciación de campañas de prospección quellevaron a un aumento de las actividades de oerforaciónpor todo e l mundo y a l descubr imienlo subsiquiente demuchos criaderos y yacimientos petrolíferos.-La búsquedade petróleo y minerales tiene no menos intensidad hoy, yel uso cada vez mayor de mélodos geof Ísicos está redu-ciendo los costes de, y el t iempo necesario para, eslosprogramas de exploración. Los estudios geof ísicos sonuna condición previa para la mayor parte de la perforaciónde prospección que se realiza hoy.

Geología mineralEl origen de nuestra Tierra ocurrió hace mucho tiempo,unos cinco o diez mil mil lones de años. Durante este l iern-po se ha cambiado y vuelto a cambiar la estructura y formade la corteza de la Tierra. La l luvia, el calo¡ la presién y lasreacciones quÍmicas han influido en la superficie y el sub-suelo. La geologia mineral trata de seguir la evoluóión y elmodo de formación de los yacimientoé, de las inscripcionesconservadas en las rocas mismas.Los yacimientos de recursos naturales se encuenlran enformaciones sedimentarias, metamórficas y magmáti-cas. El petróleo y el carbón se presenlan en formac-ionessedimenlarias, mientras que la mayor parte de los yacimi-entos de mineral se encuentran en las formacioned de rocanletamórfica y magmática, Un conocimiento de geología esrmporlante para la aplicación correcta de técnicas geof Ísi_cas y para la interpretación correcta de resultados qeolísi_cos. Un conocimiento de geología es tarnbién impdrtantepara la interpretación del análisis de la muestra obtenidapor la per forac ión.

Exploración geofísicaUn estudio geofÍsico es una parte integrante de una campa-ña de exploración. Puede ser realizadó desde el aire, en iat ier ra, en e l agua, en minas o en barrenos. Un estudiogeof ísico tiene generalmente dos objelivos. De reducir loscostos totales de exploración, y de asegurar que la perfora_c¡ón de prospección tiene la probabil idád máó alta de éxito.Hay diez métodos geof ísicos básicos, y todos uti l izan prin_opros generales de fÍsica, magnetismo, gravedad, electrici-dad, rad¡oact iv idad, s ismologÍa, y calor Frecuenremente esnecesar io usar una combinación de dos o más métodos oa-ra conseguir datos suficientes para una interprelación se'-gura. Una interpretación de los resultados dél estudio igeof isico, junto con datos geológicos y de perforación, da_rán una base f i rme para decid i r é¡ coni inuar o abanqonarun proyecto de explorac ión.

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Fig. 2 Mapa geológico típico

Estudios eléctr icosEstos usan o el f lujo nalural de electricidad en la l¡erra ocorr ientes "galvántcas" conducidas a la t ier ra y contro ladascon exact i tud. Estos se usan para local izar ya i imientos po_co profundos y paratrazar la estructura geológica, asi co_mo para delerminar la profundidad a roca firme o capa freá_tica. En la prospección de minerales se usan frecuente-mente eslos estudios para diferenciar las zonasconductoras localizadas por métodos electromagnéticos.

Estudios g rav¡ métr¡cosLos métodos gravimétricos están basados en derectar cam-bios pequeños en el efecto de gravitación causado por lafuerza atract¡va de rocas que se encuentran hasta a varioskilómelros por debajo de la superficie. Eslos pueden serusados para localizar fallas, anticlinales, y domos salíferosque pueden ser asociados con formaciones petrolíferas, opara detectar criaderos de alta densidad, tales como mlne_rales de hierro, piritas, y ocasionalmente minerales de plo_mo y zrnc.

Estudios de radioactividadEn estos estudios se localizan áreas con una inlensidad deradiación mucho más alta que el ambiente normal. Eslosestudios se usan en la búsqueda de uranio y torio, y de for-ma indirecta para localizar minerales que eétán asóciadoscon sustanc¡as radiactivas.

Estudios sísmicosLa base del método sísmico es que ocurren grandes dife-rencias en la velocidad de las ondas sonoras en distintosestratos geológicos. El origen del sonido puede ser una al_mádana, un peso pesado que cae, un vibrador mecánico,o una carga explosiva. Se hacen medidas del t iempo dedesplazamiento del punto de choque a uno o más betecto-res colocados en la tierra. Los estudios sÍsmicos puedenser usados para delerminar la profundidad a, y la calidadde, la roca firme; para localizar superficies superiores ocnaderos compactos profundos; y para localizar eslratospetrolíferos.

Estudios magnét icosEstos estudios hacen uso de las variaciones en et campomagnét¡co de la Tierra causadas por las característicasmagneticas de cuerpos subterráneos. En la prospección demtnerales, son especialmente úti les estas variacrones en talocalización de magnettta, pirrotina e i lmenita. El registromagnético de datos en barrrenos se usa también para otlte_ner información para dirigir la continuación de la perfo-racton.

Estudios electromagnét¡cosEstos estudios están basados en el hecho de que cuandose somete un conductor eléctrico a un campo alterno pri_mar io, las corr ienles inducidas crean un campo secunda-rio. El campo resultante puede ser detectado y medido, in_dicando la presencia del conductor. Los estudios eleclro-magnét¡cos se usan princlpalmenle para encontraryacimientos de minerales y paralrazar la estructura geoló-gica. Entre los minerales que se pueden localizar con éxitocon este método se encuentran los criaderos de sulfuros decobre y plomo, magnet¡ta, piritas, algunos minerales demanganeso, y grafito.

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Exploraciónsublerránea deer¡aderos másprofundos

Galerfa de exploración

Exploración subterránea detal lada de un nivel

Fig. 3. ExploraciÓn de una muestra de mineral con perforación de testigo, de su¡nrficie y subterránea. 40351-l

Extracción de testigospor sondeoEl estudio geofÍsico puede producir indicaciones claras deuna mineralización,.pero las pruebas no son ni delinit ivasnr sultctentemente cornpletas para denominarla como uncriadero. El minero necesila eslar seguro. Es necesario sa-ber exactamente qué minerales se encuentran ahÍ, y la leyo conten¡do de metales en éstas. Además debe demostrarque la mineralización es de extensión suficiente para justif i-car una empresa de miner ía.El primer paso para comprobar las indicaciones geofísicasserá de buscar un afloramiento de la mineralización. Dondeel suelo está cubierto por l ierra, se cavan zanjas por la zonaque se sospecha. S¡ estas investigaciones dan resultadospositivos, entonces el paso siguiente es de marcar con másdetalle el contorno de la mineralización y comprobar su ex-tensión de profundidad con perforación de testigos.La perforación con testigo puede explorar la roca cerca de-bajo de la superficie así como a profundidades más gran-des. La perforación con tesligo produce un test¡go de rocacilíndrico, una prueba de la tierra por la cual penetra la bro-ca. Los test¡gos dan un trazado de información de la geolo-gía, y son analizados para buscar metales para confiimarcuales secciones pueden ser calif icadas como minerales.La exploración de un criadero requiere un programa exlen-so de perforación con testigos y muestreo. La perforaciónse arregla normalmente pa(a cruzar la zona mineralizadacon varios barrenos a dislintas profundidades en el misrnoperfi l vertical, ver f igura 3.La perfoiación con lestigos se usa mucho también en mi-nas en funcionamiento. Es el instrumenlo standard para ob-tener información por adelantado sobre las condiciones delmineral y la roca. Esta información por adelantado es deimportancia vital para la planificación del desarrollo de lamrna a largo p lazo.

Todos los testigos se colocan normalmente con cuidado enca¡as y son marcados claramente para moslrar la profundi-dad de las cuales han sido sacados. Un barreno de pro-spección representa una alta inversión de capital. Se debeobtener la cantidad máxima de información de éste. Losbarrenos perforados pueden ser usados para medidasgeof ísicas o "registro de datos"; estos pueden dar frecuen-temente información sobre yacimientos de mineral tambiéncuando el barreno de prospección no pasa por el yaci-miento.

Un¡ón g¡mlorisde agua

Eomb. debarrldo{o compresor)

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Bulo y unldadde rolac¡ón'

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Tubo d9revestimlon

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Fig. 4. Equipo básico para la perforación de festigos c'ondiamantes.

Fig. 5. Todos los fesflgos son colocados cuidadosamenteen ca¡as.

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Pozo prlnclpal

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Sala de bombas

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Recubrimlento -

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Fig. 6. Dispo:tición típica de la preparación de una m¡na. 40SSt_z

Preparación de la minaLa explotación subterránea significa la técnica de recuperarminerales de yacirnientos debajo de la superficie de la tierra.La mina subterránea necesila un sislema de excavaciones enla roca para conseguir acceso a las áreas mineralizadas, paracumpl¡r con el objetir,o antes mencionado.La mina subterránea requiere una red extensa y cuidadosa,mente planificada para que estas excavaciones puedan fun-0onar correctamente, lo que se conoce como trabajos de pre-paración. Estos incluyen el pozo que conecta la parle subter-ránea con la superficie, las galerías del pozo al criadero asÍcomo la chimenea al tajo del minero. La figura 6 presenla unadisposición tÍpica de la preparación en una mina subterránea,lunto con notas aclaralorias.

La preparación de una mina puede ser clasificada en dos ca-tegorÍas. Todas las minas necesitan algunas excavaciones bá-sicas de preparación. Estas incluirán el pozo, la galería detransporte al criadero, la sala de bombas, el depos¡to deagua, etc. La preparación básica es necesaria para el estable-clmlento subterráneo en general, para posibilitar la aberturade todas las instalaciones auxiliares que se requieren ade-más de la extracción de mineral de un t4o. La disposición dela preparación básica depende de las condiciones alrededordel criadero y la manera de abordar la explotación, factoresque son distintos de una mina a otra.La segunda categoría de preparación está íntimamente co-nectada con el método de explolación. Todos los métodos deexplotación requieren un modelo especÍfico de excavacionesde preparación, que se disponen en una fase separada, antesde la producción de mineral. Esta fase cle la preparación sedescribe en conexión con las discusiones sobre los métodosde exolotación.

Hay cuatro componentes básicos de excavación de roca quese tratan en la preparación normal de una mina, profundiza.ción de pozors, perloración de galerias, perforación dechimeneas y avance de rampas. Todas estas operacionesproducen una abertura alargada en la roca, avanzando haci¡abajo, horizontalmente o hacia arriba.

Profundización de pozosEl objetivo de un pozo es de dar acceso a las labores sub-terráneas. El pozo se puede usar para dislintos servicios, l¡extracclón de roca y mineral, materiales y personal, paraventilar la mina, elc.El pozo de la mina es generalmente vertical. El perfi l puedrser rectangular, circular o elíptico. Los pozos circulares da¡una buena resistencia a la presión de la roca y son fácilesde revestir con hormigón, y se usan frecuentemente.El pozo de una mina se profundiza normalmente a una profundidad que asegurará muchos años de producción ya erlas fases iniciales de preparación. La profúndización de pozos es por esto una tarea rara en la vida úti l de una mina.incluida sólo en la planificación a largo plazo.

La profundización de pozos es, en comparación con otrasoperaciones de preparación, un procedimiento complejo.La profundización requiere un juego completo de maquinaria especial, adaptada al proyecto. La profundización de pczos se trata frecuentemenle por esto como un proyectoespec¡al y es asignado a un contrat¡sla.

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Fig. 7. lnstalaciones de superficie para explotación subterránea. La mina Stekeniokk de Botiden en el nortede Suecia. 4001044.

Fig. B. Sección de galería con instalacíones para transportesobre carriles

Perforación de galeríasLas galerías en un sislema de preparación de una minapueden servir muchos propósitqs, transporte de mineral,acceso al criadero, para exploración, etc. Las galerías sonhorizontales y están situadas a elevaciones verticales de-terminadas. Las galerías para lransporte y acceso de per-sonal son reconocidas como niveles principales, y estánconectadas al pozo de la mina. Los subniveles eslán situa-dos enlre los niveles principales, y perlenecen a la prepara-ción que está relacionada con el método de explotación.Todas las galerías están dimensionadas para una finalidadespecífica, normalmente para acomodar equipos que sedesplazarán o funcionarán dentro de las mismas. Esloconcluye una relación enlre las dimensiones del equipo y elperfi l de la galería. Las galerías eslán así diseñadas alrede-dor de las máquinas, lomando en consideraiión un espaciofibre requerido a paredes y techo, espacio para pasaderas,conduclos cle ventilación y líneas de servicio.

Los lamaños de galerías normales tienen una seccióntransversal de entre 5 y 25 m2. La galerÍa de 5 m2 es sufi-ciente para acomodar el tamaño más pequeño de pala car-gadora, mientras que se necesila una de 25 m2 para unequipo grande de perforación de producción.

Los tamaños de galerías en operaciones de explotaciónhan aunientado duranle los últ imos años. debido al cambiode equipos sobre carri les a máquinas con ruedas de goma.La mayor parte de las máquinas y equipos de transportesobre carri les funcionarán en una sección transversal de10-12 m2 mientras que un jumbo o una cargadora sobreruedas de goma puede necesitar 15 m2 o más para un fun-cionamienlo conveniente.

Las galerías pequeñas son de forma reclangular mienlrasque las secciones más grandes están diseñadas con untecho en forma de arco, para mejorar la resistencia deapoyo de la roca.

Donde la roca no tiene resislencia de apoyo se debe reali-zar un apoyo artif icial del perfi l de la galería. Las galeríasen minas de carbón son fortif icadas normalmente con ar.cos de acero, montados de secciones de vigas acanaladasprefabricadas. Los arcos de apoyo se doblarán y cederánpara absorber la presión de la roca.

Fig. 9. Sección de galería en roca blanda con arcos deapoyo

La preparación de galerías es un componente necesario yf recuente en un programa de desarrollo de una mina. Lamayor parte de las minas eslán organizadas por esto parallevar a cabo la preparación de galerías por personal sepa-rado con su equipo especial. La elección de equipos re-q iere in legración con condic iones en la mina, que son d is-tintas, que son distintas de un sit io a otro.

Fig. 10. Perforación de galerías en roca blanda. Mina decarbón Emil Mayrisch, República Federal deAlemania. 40191-3.

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