¡Escribe tu texto aquí!MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN – SELECCIÓN DE MÉTODO Definición 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: • Define los principios generales según los que se ejecutan las operaciones unitarias • Define criterios con respecto al tratamiento de las cavidades que deja la extracción Clasificación de Métodos Una primera clasificación de los métodos se refiere a si la explotación se realiza siempre Expuesta a la superficie o si se desarrolla a través de labores subterráneas. Así, debemos Primero separar: • Métodos de explotación a cielo abierto • Métodos de explotación subterránea Entre los métodos de explotación de superficie, se pueden identificar los siguientes: • Cielo abierto, rajo abierto o tajo abierto (llamado Open Pit en inglés). Es el método que Más se ve en Chile, particularmente en la explotación de yacimientos de metales Básicos y preciosos. • Cantera (llamado Quarry en inglés). Este nombre se da a la explotación de mineral Que puede utilizarse directamente en aplicaciones industriales, como es el caso de la Sílice, caliza y piedra de construcción. • Lavaderos o placeres. Corresponde a la explotación de depósitos de arena en Antiguos lechos de ríos o playas, con el fin de recuperar oro, piedras preciosas u otros Elementos químicos valiosos. • Otros. Existen otros métodos poco convencionales para le extracción de algunos Elementos de interés, como por ejemplo la disolución, que corresponde a la extracción De azufre o sales solubles mediante la incorporación de un solvente y posterior Extracción del soluto de la solución recuperada, y la minería costa afuera, para la Extracción de nódulos de manganeso presentes en el fondo del océano. En cuanto a los métodos de explotación subterráneos, se distinguen según el tratamiento Que hagan de la cavidad que deja la extracción de mineral. Sin embargo, en la práctica, la Explotación requiere variar y combinar los métodos presentados a continuación, dado que los Depósitos raramente se ajustan exactamente a las carácterísticas ideales de aplicación de Alguno de los métodos. MI57E – Explotación de Minas 272 • Métodos autosoportantes o de caserones abiertos: Corresponden a aquellos que Consideran la extracción del mineral y dejar la cavidad que éste ocupaba vacía. Para Ello, el caserón debe mantenerse estable en forma natural (ser autosoportante) o Requerir escasos elementos de refuerzo. Estos caserones se dejan vacíos una vez que Concluye la explotación. O Room and Pillar O Stope and Pillar O Shrinkage Stoping O Sublevel Stoping O Vertical Cráter Retreta • Métodos soportados o de caserones que requieren elementos de soporte para Mantenerse estables y/o que se rellenan con algún material exógeno. O Cut and Fill Stoping O Excavation Techniques O Backfilling Methods • Métodos de hundimiento, esto es, donde las cavidades generadas por el mineral Extraído son rellenas con el material superpuesto (mineral, mientras dura la Explotación, y estéril, una vez finalizada). El hundimiento y consecuente relleno de las Cavidades se produce simultáneamente a la extracción del mineral. O Longwall Mining O Sublevel Caving O Block / Panel Caving Criterios de selección del método Carácterísticas Espaciales Rajo vs Subterránea Afectan tasa de producción, método de manejo de material, diseño de la mina en el depósito.
• Tamaño (alto, ancho o espesor)
• Forma (tabular, lenticular, masivo, irregular)
• Disposición (inclinado, manteo)
• Profundidad (media, extremos, razón de sobrecarga)
Condiciones Geológicas e Hidrológicas
Tanto de mineral como de roca de caja (o huésped)
Afecta la decisión de usar métodos selectivos o no selectivos
• Requerimiento de drenaje, bombeo, tanto en rajo como en subterránea
• Mineralogía es importante para procesos
• Mineralogía y petrografía (óxidos vs. Sulfuros)
• Composición química
MI57E – Explotación de Minas 273
• Estructura del depósito (pliegues, fallas, discontinuidades, intrusiones)
• Planos de debilidad (grietas, fracturas, clivaje)
• Uniformidad, alteración, meteorización (zonas, límites)
• Aguas subterráneas e hidrología (ocurrencia, flujo, nivel freático)
Consideraciones Geotécnicas
Selección del método (soporte necesario)
Hundibilidad
• Propiedades elásticas
• Comportamiento plástico o viscoelástico
• Estado de los esfuerzos (originales, modificados por la excavación)
• Consolidación, compactación, competencia
• Otras propiedades físicas (gravedad específica, poros, porosidad, permeabilidad)
Consideraciones Económicas
Determinan el éxito del proyecto
Afectan inversión, flujos de caja, periodo de retorno, beneficio
• Reservas (tonelaje y ley)
• Tasa de producción
• Vida de la mina (desarrollo y explotación)
• Productividad
• Costo de mina de métodos posibles de aplicar
Factores Tecnológicos
Se busca la mejor combinación entre las condiciones naturales y el método
• Porcentaje de recuperación
• Dilución
• Flexibilidad a cambios en la interpretación o condiciones
• Selectividad
• Concentración o dispersión de frentes de trabajo
• Capital, mano de obra, mecanización
Factores Medioambientales
No sólo físico, sino que también económico-político.Social
• Control de excavaciones para mantener integridad de las mismas (seguridad)
• Subsidencia y efectos en superficie
• Control atmosférico (ventilación, control de calidad de aire, calor, humedad)
• Fuerza laboral (contratos, capacitación, salud y seguridad, calidad de vida,
Condiciones de comunidad)
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En consideración a estos factores, se debe tomar una decisión respecto a si explotar el
Cuerpo mineralizado mediante métodos de explotación de superficie o métodos de
Explotación subterráneos. Las carácterísticas espaciales (geometría del cuerpo) y la
Competencia de la roca son esenciales dado que pueden determinar la conveniencia de
Utilizar un método por sobre otros. Sin embargo, puede haber casos en los que el depósito
Puede explotarse mediante métodos de superficie o subterráneos. En estos casos, es
Necesario tomar la decisión en función del beneficio económico que se generará en cada
Caso.
Las siguientes figuras muestran la complejidad de las disposiciones de labores subterráneas
En depósitos reales, las que deben compatibilizar la extracción desde diversos sectores de la
Mina, los cuales muchas veces son explotados con métodos diferentes.
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MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN – ROOM AND PILLAR
Room and Pillar
El método se conoce en castellano como Caserones y Pilares, aunque casi siempre se utiliza
Su nombre en inglés. Mediante este método se explotaban 60% de las minas subterráneas
De minerales distintos al carbón en Estados Unidos en los años 80 y el 90% de las minas de
Carbón. El método posee una variante denominada Stope and Pillar.
Este método de explotación es el único aplicable en el caso de yacimientos tabulares
Horizontales o sub-horizontales, con inclinaciones de hasta 30º. Se trata, por lo general, de
Depósitos estratificados de origen sedimentario.
Principio
Consiste en lo esencial en excavar lo más posible el cuerpo mineralizado dejando pilares de
Mineral que permiten sostener el techo de material estéril.
Las dimensiones de los caserones y de los pilares depende de la mayor o menor
Competencia de la roca sobrepuesta (estabilidad del techo) y también de la roca mineralizada
(estabilidad de los pilares), como asimismo del espesor del manto y de las presiones
Existentes.
Por lo general los pilares se distribuyen en una disposición o arreglo lo más regular posible, y
Pueden tener una sección circular, cuadrada o rectangular semejando un muro. Los
Caserones abiertos tienen forma rectangular o cuadrada.
Al término de la explotación de un área determinada es posible recuperar, al menos
Parcialmente, un cierto porcentaje de los pilares, dependiendo del valor del mineral que se
Está extrayendo.
El control de leyes es primordial (más importante que diseño minero y ventilación): resulta en
Un diseño ad-hoc, irregular, con pilares de baja ley no recuperables
Se puede trabajar a frente completa (full face slicing) o por tajadas (múltiple slicing)
• Frente completa: hasta 8-10m de espesor
• Tajadas: más de 10 m de espesor
MI57E – Explotación de Minas 279
En la explotación por tajadas se saca primero la parte superior y luego se banquea y saca la
Parte inferior, lo que permite la explotación simultánea de ambas frentes.
Desarrollos
En los cuerpos mineralizados de inclinación cercana a la horizontal, se requieren mínimos
Desarrollos previos a la explotación propiamente tal. Casi siempre es posible utilizar como
Vías de acceso y transporte del mineral los mismos caserones 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 el rumbo 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.
Arranque
La perforación y tronadura de producción se realiza 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 perforación manual hasta jumbos de gran
Tamaño.
En presencia de mantos de gran potencia (espesor) la operación de arranque se realiza en
Dos etapas:
1. Se extrae la parte superior del manto según la modalidad antes indicada
2. 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 utilizan equipos montados sobre neumáticos o
Sobre orugas.
Carguío y transporte
El mineral tronado se carga directamente en los frentes de trabajo, de preferencia con
Equipos cargadores diésel 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.
MI57E – Explotación de Minas 280
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.
Ventilación
La gran extensión horizontal que pueden alcanzar los laboreos y el uso intensivo de equipo
Diésel, hacen necesario implantar un sistema de ventilación que puede llegar a ser bastante
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.
Fortificación
Los yacimientos estratificados requieren un riguroso control de la estabilidad del techo, el
Riesgo de derrumbes o desplomes de material está siempre presente. Se recurre por lo
General al apernado sistemático del techo.
También, si se estima necesario, es posible reforzar o fortificar los pilares, mediante pernos,
Cables e incluso un enzunchado de cintas metálicas.
En resumen, se consideran los siguientes elementos de fortificación:
• Apernado de techo sistemático
• Pernos de roca:
O Lechados (a columna completa)
O Anclados mecánicamente (puntual)
O 5/8, ¾, 1, 1 ¼ pulgadas
O 7, 9, 17, 26 toneladas de resistencia
O Pensionados a 50% de resistencia
• Planchuelas de 6 pulgadas (150 mm) y de ¼ a 3/8 pulgadas de espesor, planas o
Como campanas, que distribuyen el esfuerzo de la roca en el collar del perno a través
De una tuerca
• Malla puede instalarse entre pernos
• Shotcrete para largo plazo
• La resistencia de pernos disminuye con el tiempo (puede ser necesario tensarlos
Nuevamente, o reemplazarlos durante la vida de la operación)
Comentarios
En mantos de un espesor importante y de inclinación cercana a la horizontal, el método por
Room and pillar puede adoptar un alto grado de mecanización, operacionalmente muy
Eficiente y con una alta capacidad productiva.
MI57E – Explotación de Minas 281
La disposición y diseño de las labores es bastante simple y esquemática, permitiendo con
Facilidad el desarrollo simultáneo de diferentes áreas productivas. No requiere de grandes
Inversiones en desarrollos de preproducción.
Permite una explotación selectiva, dado que siempre existe la posibilidad de dejar como
Pilares los sectores de más baja ley.
La recuperación del yacimiento es uno de los puntos débiles de este método. Una proporción
Importante del mineral necesariamente debe dejarse como pilares.
En cuanto a la dilución, se puede manejar en un nivel muy bajo, controlando la estabilidad
Del techo y la correcta ejecución de los diagramas de disparo.
Carácterísticas
En resumen, las carácterísticas del método son:
• Método barato, productivo, fácil de mecanizar y simple de diseñar.
• Se usa en depósitos horizontales o sub-horizontales (hasta 30º) en roca
Razonablemente competente y espesores de 2 a 6 m en carbón, sal, potasio, calizas.
En algunos casos pueden considerarse mantos de mayor potencia.
• Consideraciones de diseño:
O Estabilidad del techo
O Resistencia de los pilares
O Espesor del depósito
O Profundidad de la mina
• Objetivo: extraer la cantidad máxima de mineral compatible con condiciones seguras
De explotación.
• Pilares pueden recuperarse:
O Relleno (backfill) en minas no de carbón
O Retroceso (retreat mining) en minas de carbón, permitiendo subsidencia
Diseño de Pilares
La metodología más simple de diseño de pilares asume que el esfuerzo en el pilar está
Distribuido uniformemente y que es igual al esfuerzo geoestático vertical original, dividido por
La razón entre el área del pilar y el área original (tributaria). El fallamiento ocurre cuando este
Esfuerzo excede la resistencia a la compresión del pilar de roca.
Esta aproximación no considera:
• Extensión y profundidad del área explotada
• Componente del esfuerzo paralelo al estrato
• Propiedades de deformación del pilar, techo y suelo
• Posición de pilares en el área explotada
MI57E – Explotación de Minas 282
La resistencia del pilar se calcula a partir de las carácterísticas geométricas (ancho y alto) y
De tests de laboratorio o estudios estadísticos empíricos.
Normalmente en la explotación, se separan zonas dejando muros entre ellas
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MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN – SHRINKAGE STOPING
Shrinkage Stoping
El shrinkage stoping es un método de explotación vertical aplicable a vetas (estructuras
Verticales), principalmente para explotaciones menores. En su esencia, consiste en utilizar el
Mineral quebrado como piso de trabajo para seguir explotando de manera ascendente. Este
Mineral provee además soporte adicional de las paredes hasta que el caserón se completa y
Queda listo para el vaciado. Los caserones se explotan ascendentemente en tajadas
Horizontales, sacando solamente el ~35% que se esponja y dejando hasta el momento del
Vaciado el resto (~65%). Es un método intensivo en mano de obra, difícil de mecanizar.
Se aplica generalmente a vetas angostas de 1.2 a 30 m o a cuerpos donde otros métodos
Son técnica o económicamente inviables. Para asegurar que el mineral fluya (que no se
“cuelgue”), el mineral no debe tener muchas arcillas, ni debe oxidarse rápidamente,
Generando cementación. El cuerpo mineralizado debe ser continuo para evitar la dilución. El
Estéril debe extraerse como dilución o dejarse como pilares aleatorios (que no impidan el
Flujo).
Condiciones de aplicación
Este método de explotación es aplicable en cuerpos tabulares verticales o subverticales
Angostos o de poco espesor (1 a 10 m), con bordes o límites regulares. Su inclinación debe
Ser superior al ángulo de reposo del material quebrado, vale decir, mayor a 55º.
La roca mineralizada debe ser estable y competente. La roca encajadora (paredes) debe
Presentar también buenas condiciones de estabilidad.
Principios
Consiste en excavar el mineral por tajadas horizontales en una secuencia ascendente
(realce) partiendo de la base del caserón.
Una proporción del mineral quebrado, equivalente al aumento de volumen o esponjamiento
(30 a 40 %), es extraída continuamente por la base. El resto queda almacenado en el
Caserón, de modo de servir como piso de trabajo para la operación de arranque (perforación
Y tronadura) como asimismo de soporte de las paredes del caserón.
MI57E – Explotación de Minas 286
Cuando el proceso de arranque alcanza el límite pre-establecido superior del caserón, cesan
Las operaciones de perforación y tronadura, y se inicia el vaciado del caserón extrayendo el
Mineral que ha permanecido almacenado (60 a 70%).
Los pilares y puentes de mineral que separan los caserones por lo general son recuperados
Con posterioridad.
Desarrollos
El método requiere conocer bastante bien la regularidad y los límites del cuerpo
Mineralizado. Para ello, se construyen dos niveles horizontales separados verticalmente por
30-180 m, los cuales permiten definir la continuidad de la veta y determinar la regularidad en
El espesor de la misma.
A esto, se agrega una o más chimeneas, construidas por Alimak o Raise- Boeing, las que
Permiten definir la continuidad vertical, facilitan la ventilación y permiten el acceso del
Personal y equipos.
Finalmente, hay tres alternativas para el desarrollo que sigue:
1. Puntos de extracción cada 1-10m en la base del cuerpo
Instalación de chute de madera en cada punto
2. Correr galería paralela a la base del cuerpo a 7.5 – 15 m en footwall (por estabilidad)
Correr estocada de extracción desde la galería de extracción a la galería de base
Del depósito cada 7.5 – 15 m
Tronar la primera tajada y se extrae el esponjamiento con LHD o scraper
3. Cuerpos más anchos:
Correr dos galerías de base
Construir embudos
Por el centro de las dos galerías de base, correr galería de extracción con scraper
Y estocadas de extracción para que el esponjamiento fluya hacia la galería de
Extracción
Arranque
Las condiciones de aplicación de este método (vetas angostas de baja capacidad
Productiva), como también las dificultades de acceso y el piso de trabajo irregular no
Permiten la utilización de equipos mecanizados de perforación.
En la práctica normal se utilizan perforadoras manuales (jack-legs o stopers) y barras
Integrales. Los tiros pueden ser horizontales (1.6 a 4.0 m) o verticales (1.6 a 2.4 m) con
Diámetros de 32 a 38 mm. Excepcionalmente, se utiliza perforación mecanizada, mediante el
Uso de: drill wagons o jumbos con largos de perforación que pueden ir de 1.8 a 2.4 m (hasta
3.0 m).
La tronadura se realiza utilizando ANFO, geles (hidrogeles), slurry (emulsiones) y con
Iniciación no eléctrica normalmente.
MI57E – Explotación de Minas 287
Manejo de mineral
El sistema tradicional o más antiguo consiste en el carguío directo del esponjamiento por el
Nivel de extracción mediante de pequeños carros de ferrocarril, mediante buzones instalados
En la base de los embudos recolectores.
Es necesario nivelar el piso para seguir perforando después de cada tronada, dentro del
Caserón, para lo que se pueden utilizar slushers, LHD pequeños o simplemente palas y
Realizar el trabajo manualmente.
Después de tronar y extraer cada tajada vertical, se deben subir los accesos (fortificación de
Accesos con madera).
Entre los sistemas de carguío y transporte en el nivel de extracción, también se pueden
Encontrar palas de arrastre (scrapers) descargando directamente a carros de ferrocarril o
Camiones y equipos LHD saliendo directamente a superficie, o en combinación con piques de
Traspaso cortos, ferrocarril o camiones, y rampas o piques de extracción.
Ventilación
El frente de trabajo se ventila inyectando aire desde la galería de transporte ubicada en la
Base a través de la chimenea de acceso emplazada en uno de lkos pilares que flanquean el
Caserón.
El aire viciado se extrae hacia el nivel superior por la chimenea emplazada en el otro pilar
Correspondiente al caserón vecino.
Fortificación
Dependiendo de la estabilidad de la roca encajadora, se recurre normalmente a un apernado
Parcial o sistemático de las paredes del caserón.
En situaciones de mayor inestabilidad se colocan pernos y malla de acero, o incluso
Shotcrete.
También es posible dejar algunos pilares de mineral de pequeñas dimensiones.
Muestreo de canaleta o de chips en intervalos regulares para control de leyes
Vaciado
El vaciado es la etapa más peligrosa. Se debe evitar este método si el material se pega o
Cementa (arcillas) y puede crear colgaduras o arcos. Estas colgaduras pueden ser
“deshechas” mediante el uso de agua, explosivos o a mano, lo cual es muy riesgoso. Las
Colgaduras son costosas y peligrosas.
El vaciado debe hacerse sistemático y parejo, para evitar la dilución
• Tren, LHD / camión, slusher (balde de arrastre)
MI57E – Explotación de Minas 288
Comentarios
• En la actualidad la aplicación de este método ha quedad relegada a la llamada minería
Artesanal. Vetas angostas que no permiten gran mecanización.
• Es intensivo en mano de obra y las condiciones de trabajo son relativamente más
Difíciles, con exposición a riesgos comparativamente mayores en relación a otros
Métodos.
• Baja capacidad productiva, no permite una gran selectividad, recuperación regular (se
Dejan pilares y puentes), dilución en cierta medida controlable.
• La mayor parte del mineral arrancado permanece almacenado en los caserones
Durante un tiempo bastante lago, lo que incide negativamente en el capital de trabajo y
Flujos de caja del negocio.
Parámetros
• Carácterísticas del mineral: mineral competente, que no se oxide ni cemente, bajo en
Arcillas
• Carácterísticas de roca de caja: competente a moderadamente competente
• Forma del depósito: vertical, uniforme en su inclinación y contactos
O Inclinación > 45º, ojalá > 60º
• Tamaño:
O Angosto a moderado espesor (1 a 30 m)
O Largo: 15 m en adelante
• Ley: moderada a alta
Ventajas
• Tasas de producción pequeñas a medianas
• Vaciado del caserón por gravedad
• Método simple, para minas pequeñas
• Capital bajo, algo de mecanización posible
• Soporte de mineral y paredes mínimo
• Desarrollos moderados
• Buena recuperación (75 a 100%)
• Baja dilución (10 a 25%)
• Selectividad posible
Desventajas
• Productividad baja a moderada (3-10ton/hombre-turno
• Costos moderados a altos
• Intensivo en mano de obra
• Mecanización limitada
• Condiciones de trabajo difíciles
• Aprox 60% del mineral “preso” dentro del caserón hasta el final
• Colgaduras
• Pérdida del caserón en vaciado si no se hace con cuidado