clase01 selec minado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica

MI 115 Métodos de Explotación SubterráneaCiclo 2008_I

SELECCIÓN DE UN METODO DE MINADO SUBTERRANEO

Mayo 2008Ing. F. Grimaldo Z.



OBJETIVO

Diseñar el sistema de explotación de mineral que sea el más adecuado bajo las condiciones reales del yacimiento.

El método debe ser factible de aplicar técnica y económicamente.

Se presentan en esta clase las guías principales para que el Ingeniero de Minas adecue los métodos de explotación a las necesidades específicas de cada yacimiento.




Antecedentes

Si en una fase previa se han descartado lo métodos a tajo abierto, entonces consideraremos los métodos subterráneos.

La recuperación de mineral de un depósito se reduce a la selección de un método de minado que excluya otras opciones sobre una base de la seguridad y rentabilidad; proporcionando un adecuado sostenimiento subterráneo para proteger las áreas de trabajo y, si fuera el caso, preservar la superficie.




¿Qué debe garantizar el método de minado?

• una alta productividad,

• un alto porcentaje de extracción de mineral y

• condiciones seguras y ambientales para el personal y todos los recursos que se emplean.

• rentabilidad de acuerdo al interés de los accionistas.

GUIAS PARA SELECCIONAR UN METODO DE MINADO



GUIAS PARA SELECCIONAR UN METODO DE MINADO

. CONSIDERACIONES GENERALES

. RESERVAS DE MINERAL Y LEYES

. EVALUACIONES ECONOMICAS

. CONDICIONES GEOLOGICAS

. PRODUCTIVIDAD Y TECNOLOGIA

. EQUIPAMIENTO Y PRODUCTIVIDAD



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a.2 Ritmo de explotaciónUna vez determinado las reservas de mineral, de acuerdo a la política de la empresa y los accionistas se harán escenarios para determinar el ritmo de explotación de la mina, esto influirá en el método de minado a adoptar, a determinar el nivel de inversiones y el costo de operación.

Tomada la decisión del ritmo de explotación, será complicado cambiar u adoptar otros métodos de minado, así como hacer cambios sustanciales en el ritmo de explotación. Ejemplo 500 tpd vs. 5000 tpd.

a. CONSIDERACIONES GENERALES (1)

Para seleccionar un método de minado, se puede recurrir a la experiencia y rápidamente determinar uno o dos posibles métodos de explotación ó excluir otros que no se adecúen a las características del yacimiento. Luego se adecúael método a las particularidades del yacimiento.

a.1 Experiencia previa con relación al método



•

a.4 Estudios definitivos para las aberturas y diseño del métodoEs preferible hacer trabajos subterráneos para hacer estudios definitivos geomecánicos para determinar las calidades de roca, las que influirán en la determinación del tamaño de aberturas, tipo de sostenimiento y por consiguiente en la adopción del método de minado.

No es recomendable tomar una decisión sólo con un estudio preliminar.


Influirán en el acceso de personal, equipamiento y servicios de la mina, asícomo para el diseño de la extracción principal de mineral.

Estos accesos dependerán de las particularidades del yacimiento y su ubicación espacial (rampas principales, inclinados, piques, chimeneas, galerías de extracción, etc.)

a.3 Accesos principales a la mina



•


Tener en cuenta los adelantos tecnológicos en minería: software de diseño, tendencia de los equipos de producción en mina(scoops, jumbos, locomotoras, winchas principales, fajas transportadoras, etc.), tendencias en los tamaños de equipos, adelantos y tendencias en las investigaciones metalúrgicas, automatización de procesos, etc.

Sistemas modernos de gestión de recursos humanos, que cambien la organización y forma de operar la mina, gestión de la productividad, gestión del conocimiento y otros.

Todas estas tendencias futuras ayudarán a tomar la decisión de selección de un método de minado.

a.5 Tendencias futuras



•

El buzamiento de un cuerpo mineralizado tiene una fuerte influencia en la selección del método de minado.

Dependiendo de este buzamiento podemos clasificar al yacimiento en:

Posible métodoHorizontal: 0 a 20o Cámaras y pilaresIntermedio: 20 a 50o Difícil definir un métodoParado: 50 a 90o Que aprovecha gravedad

Más de 50o, aprovechar el flujo de carga por gravedad.

El buzamiento influenciará al tipo de equipo a emplearse en el método de minado.

b.1 BUZAMIENTO

b. CONDICIONES GEOLOGICAS



b. CONDICIONES GEOLOGICAS

Con los cores de la perforación diamantina se tiene algunas caracterizaciones generales de las cajas y del cuerpo mineralizado, pero no son suficientes para la selección final del método de minado.

Estas caracterizaciones deberán estar bien determinadas: compresión uniaxial, % de recuperación, RQD, RMR, etc., con lo cual se determinará un plano geomecánico del yacimiento a explotar y será un factor fundamentar para la selección del método de minado.

b.2 RESISTENCIA DE LA ROCA

b.3 LIMITES DE LAS ABERTURAS

El estudio de mecánica de rocas determinará las dimensiones máximas de la aberturas a construirse, ya sea con o sin sostenimiento artificial. Este factor tendrá marcada influencia en la productividad del método de minado a seleccionarse.

También sirve para determinar las mejores condiciones de seguridad para el personal que trabajará en esas aberturas.



•

b. CONSIDERACIONES GEOLOGICAS (4)



c. RESERVAS DE MINERAL Y LEYES

Determinará las áreas de los cuerpos mineralizados que se van a explotar. La determinación de las reservas dependerá de la Ley de Corte que se ha establecido (Cut Off).

Solo el mineral económico es MENA, el resto es desmonte. Se empleará para la selección del método de minado solo lo que está encima del Cut Off.

Se pueden establecer diferentes límites de zonas mineralizadas en función a los diferentes Cut Off alternativos, los que a su vez estarán en función a los diferentes costos de los diversos métodos de explotación.



Ton mineral

1 2 43 5% Cu

L.C.

Reservas

3 Millones

9 Millones

0.8 Millones

El método de explotación influenciará las reservas (costos bajos cutoff bajos)

Ejm.

LC (%Cu) Reservas (t)

0.4 9 millones Minado masivo

2.4 3 millones

5.1 0.8 millones Corte y relleno



d. EVALUACIONES ECONOMICAS DEL MINERAL (1)

Se harán evaluaciones para las distintas alternativas que se elaboren. Estas evaluaciones incluirán todos los costos relacionados al valor de mineral:

o Ley de cabezao Grado del concentrado y % de recuperaciones metalúrgicas.o Cargos por fundición y refinación.o Penalidades o Costo del transporte de concentrado a la fundición.o Valor de mineral.o Precio de los metaleso Costo de mina, por cada método de explotacióno Costo de concentración



d. EVALUACIONES ECONOMICAS DEL MINERAL (2)

Los cálculos y evaluaciones se harán para cada uno de los posibles métodos de explotación que son factibles de emplearse.

Finalmente se harán las comparaciones respectivas para seleccionar el método de minado.

Para las evaluaciones económicas se habrán establecido los parámetros bases tales como tasas de descuento, proyecciones de precios de metales, y condiciones de riesgos para el proyecto minero.



e. PRODUCTIVIDAD Y TECNOLOGIA

En los últimos tiempos la productividad se ha incrementado por la mejoratecnológica de los equipos de minería subterránea que han ido reemplazando el trabajo manual.

1) Consideraciones del equipo

Su capacidad se relaciona con el tamaño del equipo (es ventajoso seleccionar el equipo de mayor dimensión. Consideraciones de utilización efectiva del equipo

2) Consideraciones de mina. Factores de utilización.

Operar las máquinas con pocas interrupciones y de poco tiempo. Esto estará en función al método de minado a emplearse. Flexibilidad de movilizar el equipo de un tajeo a otro. Ejm. En Cámaras y Pilares puede permitirse una alta mecanización y en vetas angostas la mecanización es muy limitada.

3) Consideraciones de eficiencia.

Se medirán en toneladas producidas por hombre-guardia.



CONSIDERACIONES DE EFICIENCIA (en el tajeo)

Ton/tarea ObservaciónRoom and Pillar 30 – 50 En su tiempo PeruBar 38 t/tareaSub level caving 20 – 40 VCR Monterrosas 25 t/tareaBlock Caving 15 – 40Sub level stoping 15 – 30Corte y relleno 10 – 20Shrinkage 05 – 10Square set 01 - 03



f. EQUIPAMIENTO Y PRODUCTIVIDAD

El uso del minado continuo será la tendencia en los años siguientes. En el caso de las minas peruanas se tenderá a emplear con mayor intensidad métodos de minado masivo, que incrementen la productividad y se tengan menores costos.

La perforación estará en función al volumen de roca disparada por metro perforado. Por lo que el empleo de taladros largos en los métodos de minado incrementará la productividad.

El carguío y transporte en función de la distancia a transportarse y la capacidad de los equipos. Un planeamiento adecuado de la ubicación de los echaderos de mineral y de desmonte optimizará las distancias de acarreo.

Se deberán hacer simulaciones de los ciclos de trabajo para el carguío y transporte.



PRODUCTIVIDAD

En función al tiempo efectivo de trabajo.

Debemos buscar de ganar el mayor tiempo posible para el trabajo:estudio de tiempos y movimientos, estudio de bonos por productividad, horarios corridos, etc.

Minas peruanas: tiempo efectivo de 3 a 6 horas de trabajo en un turno de 8 horas.

Tiempos muertos: descanso, desplazamiento a la labor (ida y vuelta), vestuario, recibir órdenes, etc.



CLASIFICACION DE LOS METODOS SUBTERRANEOS




Debido a que el sostenimiento del terreno es un elemento necesario en este proceso, los sistemas de minado son clasificados sobre esta base.

También, debido a que el sostenimiento es dependiente de las características espaciales del depósito y de las propiedades mecánicas del mineral y de la roca alrededor del depósito, cada descripción incluye las especificaciones de las características del depósito en la cual el método es aplicable



TIPOS DE DEPOSITOS MINERALIZADOS CON RELACIÓN A LA LA SELECCIÓN DE UN METODO DE EXPLOTACION SUBTERRANEA

Se pueden reconocer seis tipos de depósitos mineralizados:

1.Masivo: Depósito de considerable extensión lateral y vertical en la cual la mineralización está uniformemente distribuida. Los minerales de cobre diseminado son depósitos típicos.

2.Tabular: Es un depósito de mineral que va paralelo a la estratificación, a menudo en rocas sedimentarias, usualmente son extensos lateralmente y de un espesor limitado. Muchos depósitos de carbón caen en esta clasificación y mantos.

3.Veta angosta: Mineralización típicamente larga, angosta (menos de 3 metros), a menudo bastante parada (alto buzamiento), y usualmente limitada por rocas enacojanantes. Muchas vetas de oro y plata recaen en esta clasificación, también hay minerales polimetálicos que se presentan en vetas.



TIPOS DE DEPOSITOS MINERALIZADOS CON RELACIÓN A LA LA SELECCIÓN DE UN METODO DE EXPLOTACION SUBTERRANEA (2)

4.Veta ancha: La misma característica de las vetas angostas, con la diferencia que son de espesores mayores a los 3 metros.

5.Lenticular: Es un cuerpo mineralizado aislado, o es un enriquecimiento de extensión vertical y horizontal limitado en forma de veta, masivo o tabular. Los minerales plomo, zinc y fierro a menudo ocurren en este tipo de depósito.

6.Placer: Un depósito superficial o cerca de la superficie, usualmente tabular y puede tener una considerable extensión en área, conteniendo partículas de mineral (oro, platino, etc.) en el detritus (arenas, gravas).



CLASIFICACION DE LOS MATERIALES ROCOSOS QUE RODEAN A LOS DEPOSITOS MINERALIZADOS

6.Detritus: Son sedimentos y otras acumulaciones de partículas sólidas producidas por la desintegración mecánica y/o química de las rocas, y usualmente tienen una baja resistencia cohesiva y muy poca resistencia compresiva (ejm. Suelos, gravas, arenas, aluviales, playas).

Roca diaclasada y fracturada – sin cohesión – Es una masa rocosa a menudo están cerca de la superficie o en zonas de fallas, en las cuales lasdiaclasas o fracturas contienen productos de alteración o descomposición, tales como materiales arcillosos, de tal forma que la cohesión es muy baja. Puede ser considerado mejor que un suelo.

Roca diaclasada y fracturada – parcialmente cohesionada – Es una roca en la cual las diaclasas o fracturas están parcialmente recementadas, produciendo un material con una resistencia cohesiva de baja a media.



CLASIFICACION DE LOS MATERIALES ROCOSOS QUE ACOMPAÑANA A LOS DEPOSITOS MINERALIZADOS (2)

Laminares en capas delgadas: Es una masa rocosa generalmente de origen sedimentario, en la cual el espesor de las láminas tiene un promedio menor a 1 pie. Las láminas pueden estar parcialmente unidas y la masa rocosa puede estar fracturada. Ejemplos Calizas y areniscas encontradas en las cajas de las minas de carbón.

Laminares en capas gruesas: En este caso las láminas tienen un espesor mayor a 1 pie. Puede haber algo de unión entre las láminas y la masa rocosa está fracturada.

Masivo: Una masa rocosa sin diaclasas ni fracturas, o una roca con diaclasas o fracturas en la cual el grado de unión es bastante fuerte. Las brechas cementadas y los conglomerados son incluidos en esta clasificación.



1.Métodos en los cuales las aberturas subterráneas (cámaras y tajeos) creados por la extracción de mineral están autosoportados y no existe ningun tipo de sostenimiento: o sea, aberturas en las cuales las cargas debido al peso de la columna de roca son soportadas por las paredes y/o pilares de la parte no excavada. Esta especificación no excluye el uso de pernos de roca u otros sistemas livianos de sostenimiento, dado a que este sostenimiento artificial no afecta significativamente la carga sobre la estructura autosoportada.

2. Métodos en los cuales los tajeos o las cámaras requieren un significativo sostenimiento, esto es, sostener al grado tal que la carga sea sostenidad por un sistema de soporte.

3.Métodos en los cuales, debido a las propiedades espaciales y mecánicas, el depósito es inducido a derrumbarse bajo la acción de la gravedad para producir mejores resultados que los métodos más selectivos.

Debido a que el sostenimiento del terreno es un elemento necesario en este proceso, los sistemas de minado son clasificados sobre esta base.




CLASIFICACION DE LOS METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEA

IV. En los últimos años se ha intensificado el uso de soluciones para explotar depósitos subterráneos y superficiales.

I. Métodos con tajeosautosoportados

- Tajeos abiertos (Open Stopes)- Cámaras y Pilares (Room & Pillar)- Tajeo por subniveles (Sublevel

Stoping)

II. Métodos con tajeos sostenidos artificialmente

- Acumulación (Shrinkage)- Corte y Relleno (Cut & Fill)- Cuadros Standard (Square Setting)- Longwall

III. Métodos por hundimiento

- Hundimiento por Subniveles (SublevelCaving)

- Hundimiento por Bloques (BlockCaving)



I. METODOS CON TAJEOS AUTOSOPORTADOS

I. 1 – CAMARAS Y PILARES (ROOM AND PILLAR)

El cuerpo mineralizado se explota lo más completo posible; sin desmejorar las condiciones de trabajo ó seguridad del personal; dejando mineral o desmonte como pilares para sostener el techo.

Las dimensiones del tajeo dependen de:

o Estabilidad del techoo Estabilidad del mineralo El espesor del depósitoo La presión de la roca

Los pilares se ubican en formas regulares y pueden ser circulares, cuadrados ú otras formas



DIAGRAMA ESQUEMATICO DE LA EXPLOTACION POR CAMARAS Y PILARES

Grafico Tomado del Manual de Atlas Copco

Aplicaciones

A cuerpos o tajeos cuya inclinación no exceda los 30º.

El techo y el mineral deben ser competentes (diseño de pilares, % extracción de mineral).

También pueden usarse pernos de roca para mejorar las condiciones del techo a medida que se va tajeando.

Se emplea mucho este método para depósitos sedimentarios, carbón, etc.



II.2 Tajeos por subniveles

La explotación consiste en disparar taladros largos entre subnivel y subnivel, una vez extraída toda la carga disparada se deja una gran cavidad que no tiene (o algo mínimo) sostenimiento de las cajas.

Se aplica en cuerpos verticales o con altos buzamientos.

Los buzamientos deben ser mayores al ángulo de reposo.

El tajeo una vez que se explota queda vacío.



Aplicaciones

Por lo general son tajeos grandes.

Se hacen varios subniveles.

Se dejan puentes o pilares.

En lo posible los límites del cuerpo a explotar deben ser lo más regulares posibles.

DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODO DE TAJEO POR SUBNIVELES




II.1 Acumulación dinámica (Shrinkage)

Se excava el mineral en cortes horizontales de abajo hacia arriba

Se deja parte del mineral en el tajeo el cual sirve como plataforma de trabajo para el siguiente corte.

Aplicación a cuerpos mineralizados pequeños o grandes debidamente delimitados.

Aplicación:

Buzamiento de estructura mineralizada mayor que el ángulo de reposo.El mineral y la caja deben ser competentes.El cuerpo debe tener una delimitación regular.El mineral no debe afectarse por el almacenamiento (incendios u otras causas por ejemplo).

II. METODOS CON TAJEOS SOSTENIDOS ARTIFICIALMENTE



Mineral roto

Box holes

Mineral por explotar

Chimeneas

Nivel Inferior de extraccion

Nivel superior

DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODO DE ACUMULACION (SHRINKAGE)

Desarrollo:

Galerías de acarreo a lo largo del cuerpo.

Cruceros hacia el cuerpo

Dedos o inclinados hacia el cuerpo (conos de extracción).

El primer corte se hace a unos 5 a 10 metros de la galería de extracción.

Se construyen dos chimeneas de acceso.

Es un método donde se emplea abundante mano de obra y pueden aplicarse métodos alternativos.



II.2 Corte y Relleno

Se excava el mineral en cortes horizontales (hacia abajo o hacia arriba).

Se remueve el mineral completamente del tajeo

Y a continuación se rellena el tajeo dejado vacío (con desmonte o relleno hidráulico), para empezar un nuevo corte.



Aplicación:

A cuerpos mineralizados que tengan inclinación adecuada y calidad adecuada. Es un minado más selectivo. Se aplica a cuerpos irregulares.Puede quedar como relleno mineral marginal o de muy baja ley.

Desarrollo:Se construyen galerías de acarreo y chimeneas cortas. Los cortes se hacen de 3 a 10 metros.Se construyen chimeneas de ventilación y/o relleno. DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODO

CORTE Y RELLENO




III. METODOS POR HUNDIMIENTO

Se basan en el fracturamiento de la roca (tanto del mineral como del desmonte).

Tienen serios efectos alrededor de la explotación.

III.1 Hundimiento por subniveles

El cuerpo mineralizado se divide en subniveles (epaciados de 8 a 15 m o más), que se van desarrollando en formas regulares.

Desde estos subniveles se provoca el hundimiento o derrumbe con cargas mínimas o naturalmente. Se hace la explotación en retirada-

La caja va cayendo junto con el mineral, originando diluciones de 10 a 35%



Aplicación:

A cuerpos mineralizados de grandes dimensiones.

El mineral debe ser competente a medida que se desarrollan los subniveles, y se vayan haciendo las perforaciones y voladura para provocar el derrumbe.

Pueden mecanizarse completamente.

DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODO DE HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES




III.2 HUNDIMIENTO POR BLOQUES (Block Caving)

El mineral se fractura por si mismo

Hay mínima perforación y voladura.

El minado se divide en bloques de grandes secciones (mayor de 1000 m2 de área).

Se hace un solo slot horizontal debajo del cuerpo y luego se comienza a hundir.



Aplicaciones

A grandes cuerpos mineralizados cuya roca pueda romperse en fragmentos adecuados.

La superficie libre que queda debe permitir la subsidencia del área.

Desarrollo:

Galerías de carguío y acarreo para cada bloque.

Ore passes en un nivel para la extracción.

Galerias desde donde se construyen los ore passes van en un corte inferior. Esto puede abreviarse cuando se usan equipos LHD.

DIAGRAMA ESQUEMATICO DEL METODO DE HUNDIMIENTO POR BLOQUES




IV. EXPLOTACION EMPLEANDO SOLUCIONES

La minería con soluciones (lixiviación) puede ser empleada en depósitos masivos, en capas o donde la roca es masiva, laminares o fracturadas, y el mineral a ser recuperado es soluble en algún medio.

Los alrededores del depósito deberían ser relativamente impermeables, y el material de sobrecapa debería ser competente para evitar el derrumbe durante el minado.

Los tajeos son inundados con soluciones barren o aguas ácidas.Existen dos riesgos ambientales con este minado: la contaminación del agua debajo de la superficie y la subsidencia de la superficie.

Es usado en depósitos de cobre y uranio. Como la tecnología ha avanzado hoy también se aplica al oro, plata, zinc y otros metales. El mineral puede ser fracturado y dejado almacenado en la mina y luego se le pasa la solución lixiviante, se produce una reacción química o bacteriológica los que disuelven los minerales.

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