UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DELPERU FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEA 6/19/15 MINERIA SUBTERRANEA • 1.- CLASIFICACIÓN DEL METODO DE EXPLOTACIÓN SUBTERRANEA CON SOSTENIMIENTO NATURAL CON SOSTENIMIENTO ARTIFICIAL POR HUNDIMIENTOS O DERRUMBES • 2.- CICLO DE MINADO PERFORACIÓN VOLADURA LIMPIEZA O CARGUIO TRANSPORTE O EXTRACCIÓN (IZAJE) SOSTENIMIENTO RELLENO 6/19/15 6/19/15 MINA SUBTERRANEA GENERALIDADES • La explotación de yacimientos metálicos es más antigua que la del carbón y potasa. • La rentabilidad carecía de importancia frente la posición del mineral explotable. • Al nacer el laboreo de minas en estas condiciones, nacieron numerosos métodos para ponerlo en práctica, gracias al ingenio de aquellos hombres que, al crear la minería iniciaron los métodos de explotación. • Se define al mineral como sustancia o compuesto, químico, inorgánico, que se presenta en forma natural, con una composición química suficientemente precisa y unas propiedades físicas distintivas. Existen catalogadas mas de 2000 especies de mineral. 6/19/15 PREPARACION DE LA MINA • INTRODUCCIÓN: • Para explotar los Depósitos Minerales por medios subterráneos, se necesita de una red cuidadosamente planificada de LABORES MINERAS DE ACCESO, como Piques, chimeneas, galerías ,cortadas , rampas y otros. • DEFINICION: • La preparación de la Mina para su explotación consiste en desarrollar o ejecutar labores mineras de acceso para arrancar y extraer el mineral económico de los depósitos minerales en forma sistemática y con la mayor productividad. 6/19/15 SELECCIÓN MÉTODO DE EXPLOTACIÓN Tamaño, forma y profundidad del depósito Aspectos fisiográficos: topografía, clima, etc. Entorno geológico y geo estructural del sector Propiedades fisicomecánicas de la mena y roca de caja Condiciones de aguas subterráneas e hidráulicas de la zona Factores económicos: -Precio -Ley de la mena -Costos de explotación 6/19/15 -Tasa de producción 6/19/15 6/19/15 Método Explotació n Block Caving Rango Costos 1,0 4 –12 US$/t 1,2 10 –20 US$/t 1,3 10 –25 US$/t Sublevel Caving 1,5 15 –25 US$/t Long Wall 1,7 20 –30 US$/t Shrinkage Stoping 5,0 30 –60 US$/t Room and Costos Métodos SubterráneosPillars Sublevel Stoping 6/19/15 Costo Relativo TIPOS 6/19/15 METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEA NATURALMENTE SOPORTADO POR PILARES CAMARAS Y PILARES Room and Pillar SUBNIVELES Y TALADROS LARGOS Sublevel and Longhole stoping TAJEO CON CUADROS (Square Set) 6/19/15 ARTIFIALMENTE SOPORTADO CON RELLENO CORTE Y RELLENO (Cut and Fill) SIN SOPORTE O HUNDIMIENTO TAJEOS O PAREDES LARGAS Longwall mining ALMACENAMIENTO PROVISIONAL (Shrinkage) CRATERES VERTICALES EN RETROCESO (VCR) • Explotación selectiva en cuerpos reducidos • Explotación masiva y a gran escala HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES Sublevel Caving HUNDIMIENTO POR BLOQUES Block caving MINADO CON GALERÍAS LARGAS (Long Wall Mining) 6/19/15 1.EXPLOTACIÓN CON SOSTENIMIENTO NATURAL 6/19/15 1.1 CAMARAS Y PILARES ROOM AND PILLAR • Cuerpos mineralizados mantiformes y de baja potencia • Donde las cámaras son anchas, los pilares también deben serlo. • La seguridad es alta, debido a las numerosas galerías. • Se usa en depósitos horizontales y subhorizontales (hasta 30°) • La calidad de la roca de caja y mineral deben ser competentes (2B) • Se dejan pilares para mantener el techo y las paredes estables • Se deben diseñar los pilares y las cámaras para maximizar la recuperación de mineral • Cuerpos mineralizados con potencias mayores a 10m y menores a 30 m se explotan por sub-niveles desde el techo al piso. • Baja dilución menor a 5% • Recuperación baja menor a 75% • Costo de producción 10-20$-t 6/19/15 VENTAJAS • El consumo de madera es pequeño. • No se necesita relleno • Las irregularidades del terreno afectan poco a la explotación. • Escaso gasto de conservación. • Uso de skip de gran capacidad. • Fácil regulación de la extracción. • El arranque y la carga son fáciles. 6/19/15 DESVENTAJAS • La ventilación es defectuosa. • Los pilares son difíciles de recuperar. • El rendimiento por hombreguardia es moderado. • Gran numero de galerías preparatorias. • Consumo de explosivos considerable. • Peligro constante para los mineros. Minado Inclinado por Cámaras y Pilares con Pilares Sistemáticos TIPO 1 6/19/15 Minado inclinado con cámaras y pilares TIPO 2 6/19/15 Minado en Forma Escalera con cámaras y Pilares Sistemáticos TIPO 3 6/19/15 1.2 TAJEO POR SUBNIVELES SUBLEVEL STOPING • Consiste en dejar cámaras vacías después de la extracción del mineral. • Se caracteriza por su gran productividad. • Roca competente. • El deposito debe ser con buena estabilidad, vertical o sub vertical (buzamiento >60º).Cuerpos masivos, vetas estrechas. El corte o arranque debe hacerse desde el fondo del tajeo. • Tiros Radiales (SLS) o Paralelos (SLS-LBH). • Queda una cámara vacía luego de la explotación. • El mineral puede cargarse a través de los chutes a los carros mineros . • Los slusher pueden ser usados para el acarreo para evitar el derrame del mineral. • Recuperación alta 6/19/15 6/19/15 Longhole and Sublevel Open Stoping • Longhole and Sublevel Open Stoping 6/19/15 • Sublevel Open Stoping 2.EXPLOTACIÓN CON SOSTENIMIENTO ARTIFICIAL 6/19/15 2.1 ALMACENAMIENTO PROVISIONAL SHIRINKAGE STOPING • El mineral es cortado en rebanadas horizontales, desde abajo hacia arriba. • Consistencia firme del material, para tener el techo sin sostenimiento. • Vetas de poca potencia (< 2m) , buzamiento pronunciado (> 60º) y de buena ley • El avance es en forma vertical o inclinado. • En Perú: en pequeñas y medianas minas. • Se extrae → 40 % del material tronado y el resto queda en el caserón plataforma de trabajo • Mineral almacenado se extrae al finalizar explotación → caserón queda vacío • Mineral no debe ser degradable ni alterable fácilmente • No permite alta mecanización al interior del caserón 6/19/15 6/19/15 VENTAJAS DESVENTAJAS • Poco trabajo preliminar de perforación • No necesita sostenimiento al momento de tajear ya que el mineral roto lo hace. • Se necesita escaso enmaderado. • Si la roca encajonante es buena, no necesitara relleno. • Se puede obtener bajos costos de perforación, desarrollo y ventilación. • No aplicable a depósitos con gran dilucion en sus paredes. • Solo se dispone de un 30-40% de mineral fragmentado en forma inmediata. • Se requiere chuts y draᴡ points con espaciamientos cortos. • No es un método flexible 6/19/15 2.2 CORTE Y RELLENO CUT AND FILL • Explotación por realce generalmente • Arranque del mineral por franjas horizontales •Mineral tronado se evacua totalmente del caserón • Caserón va siendo rellenado con material estéril (roca o relaves). • Método de alto costo aplicable a minerales de alta ley • Puede ser altamente mecanizado tanto al interior como en la base del caserón. •Método muy flexible y de elevada selectividad. 6/19/15 TIPOS 1) Corte y relleno ascendente: El minado es desde abajo hacia arriba en tajadas horizontales, el relleno puede ser roca estéril proveniente de labores de desarrollo. 2) Corte y relleno ascendente mecanizado: Es el mismo método con el uso de un mayor grado de sofisticación tecnológica. 3) Corte y relleno descendente: El minado es de arriba hacia abajo, aplicando el relleno hidráulico. Se trabaja en las zonas de material poco consistente i. ii. iii. 6/19/15 Método de pilares Método de paneles Método “michi” 6/19/15 6/19/15 2.2 CRATERES VERTICALES EN RETROCESO VCR • Es un método semejante al shirinkage. • Es una aplicación de la teoría de C.Livingston( voladuras de cráteres con cargas esféricas) desarrollado en Canadá por INCO y CIL. • Este método es reconocido como el desarrollo mas importante de la tecnología moderna del minado subterráneo. • Combina las ventajas de los métodos masivos con las ventajas del control del terreno de los métodos con relleno. • Es muy seguro ya que el trabajador no esta debajo del área de voladura. • El yacimiento debe ser de regular potencia, para que el equipo “doᴡ the hole” puedan perforar por lo menos dos hileras de taladro por sección y guardar cierta distancia con la roca encajonante para evitar dilución. • El yacimiento debe tener un gran buzamiento, puesto que en al ser vertical se tendrá óptimos resultados al reducirse menor numero de niveles de desarrollo, puesto que la altura de los tajeos estaría limitada al alcance de l profundidad de perforación del equipo DTH. Y esto permite que la desviación del taladro sea menor 6/19/15 VENTAJAS • Menor desarrollo. • Empleo de taladros de grandes diámetros, reduciendo los costos de perforación y voladura. • Uso de cargas esféricas que disminuyen el factor de carga. • Mayor seguridad ambiental y operativa. • L a perforación, voladura y carguío son operaciones independientes. • Mejor fragmentación. • Posibilidad de grandes disparos con alta producción de mineral. 6/19/15 Vertical Crater Retreat con Relleno VCR VCR Cámara Primaria 6/19/15 VCR Cámara Secundaria 6/19/15 2.4 TAJEO CON CUADROS SQUARE SET • En el tajeo se disparan, se extraen y entiban pequeños bloques de mineral. • El sistema se base en sistemas de cuadros de madera. • Consiste en dos maderas verticales(postes) y dos horizontales(llamadas sombreros , se denominan avances cuando son perpendiculares al frente), generalmente ubicados en ángulo recto. • La dilución del mineral es pequeño. • Seguridad relativamente elevada. • Baja productividad. • Dificultad en el transporte. • En general este sistema esta declinado debido al alto costo de labor y materiales, y también porque se han desarrollado métodos mas efectivos. 6/19/15 APLICACIONES: 6/19/15 • Recuperación de pilares de alta ley entre los tajeos de corte y relleno, así como también por encima y debajo de las galerías de acceso. • Explotación de cuerpos mineralizados en terreno incompetente. • Explotación en cuerpos de alta ley donde las perdidas por dilución sean inaceptables. • Explotación de grandes cuerpos donde es necesario un soporte inmediato y cerrado • En yacimientos con una potencia mínima de 3 a 3.5 VENTAJAS 6/19/15 • Gran recuperación, las perdidas son de 3 a 5% (dilución pequeña) • Pueden separarse ,durante la explotación, distintas clases de mineral. • L a ganga puede dejarse ya en las explotaciones como relleno. • Se puede seguir a voluntad las ramificaciones de la mineralización • Desde las zonas de explotación, pueden trazarse fácilmente galerías de exploración y sondeos. DESVENTAJAS • Costos de extracción muy elevados. • Baja productividad. • Gran consumo de materiales(el de madera alcanza 0.045 de mineral. • Dificultades en el transporte debido al gran consumo de materiales. • Peligro de incendios. Elementos principales de un cuadro: • • • • 6/19/15 Sombrero Avances Postes Otros 6/19/15 2.5 MINADO CON GALERÍAS LARGAS LONG WALL MINING • Método soportado para yacimientos tipo manto. • Básicamente la aplicación de este método es para rocas duras en minas de oro y en rocas suaves para los yacimientos de carbón. • Explotación: Avance de un frente largo con perforación/ tronadura o con cortadores mecánicos(“cepillos”). • Sector explotado es dejado abierto o se controla su hundimiento. • El tamaño del deposito debe ser lo suficientemente grande para que justifique la inversión y el equipamiento. • El espesor del deposito varia en un rango de o.61m a mas de 61m. • La inclinación para el minado varia entre o ° y 15° • La ventilación es menos complicada que en el método de cámaras y pilares. 6/19/15 FACTORES DETERMINANTES PARA SU USO: • Tamaño del deposito. • Espesor del depósito. • Inclinación del deposito • Cubierta estéril y techo inmediato. • Frente de tajeo. • Potencial de explotaciones de rocas. • Soporte y estabilidad. 6/19/15 • Techo artificial. • Subsidencia artificial. • Regulaciones y recuperación. • Mano de obra. • Ventilación. • Agua . • Manipuleo de materiales . • Combustión espontanea. Longwall Mining en roca dura: minas de oro, cromo y platino en Sudáfrica. 6/19/15 Equipos Empleados: Axera XLP Robolt XLP EJC 88 XLP loader 6/19/15 3.EXPLOTACIÓN POR HUNDIMIENTO O DERRUMBE (caving metods) 6/19/15 3.1 HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES Sub Level Caving • Explotación por rebaje mediante subniveles. • Para minerales de resistencia media y de valor medio. • Generalmente es empleado en cuerpos verticales masivos y en depósitos de alto buzamiento. • El cuerpo es dividido en espacios verticales proporcionalmente de 8 a10 m, las galerías son ubicadas fuera de las secciones transversales del yacimiento. • Subniveles forman una red de galerías que cubre toda la superficie del yacimiento • La galería del subnivel se sostiene por si sola , con soporte ocasional. • Mena y roca estéril de pobre competencia • Cada galería → perforación de tiros en abanicos, hundimiento del mineral, carguío y transporte del mineral a O.P. • El transporte del mineral de los subniveles hacia los O.P. favorecen el uso de los equipos LHD • Material estéril se hunde continuamente sobre el mineral arrancado • Generación de cráter de subsidencia en superficie • Dilución(10%-35%) y pérdidas de mineral(5%-20%) significativas • Alrededor de 20 % del mineral se extrae en los desarrollo 6/19/15 6/19/15 Equipos Empleados 6/19/15 3.2 HUNDIMIENTO POR BLOQUES Block Caving • Yacimientos muy grandes y masivos • Buzamiento>> que ∠ reposo material • Gran extensión vertical • Estabilidad de mena pobre: → socavación inferior → hundimiento y fragmentación de roca • Perforación y tronadura mínima → socavación inferior • Mena se fractura y quiebra a si mismo por esfuerzos internos y gravedad • Mineral de ley relativamente baja o bajo valor comercial: diseminados de cobre y fierro. • Superficie permite la subsidencia → cráter • Producción de grandes tonelajes • Aplica para cuerpos de alto buzamiento y gran extensión con mineral homogéneo y diseminado de baja ley. • Genera alta producción en cada ciclo de arranque. • El sistema convencional block caving, con un nivel grizzli(nivel del echadero) y un finger raise (O.P.), aprovecha la gravedad para el carguío a los carros minero 6/19/15 6/19/15 VENTAJAS DESVENTAJAS • Es un método económico bajo condiciones favorables. • Este minado es altamente productivo con respecto a otro método; requiere poco perforación, poca voladura y poco sostenimiento. • Producción centralizada → eficiente supervisión →alta productividad • Permite un buen control de las condiciones de trabajo. • Mayor tiempo de preparación y mayor periodo de recuperación respecto a otros sistemas. • Costo adicional para la preparación de los blocks y accesos. • L a voladura secundaria es frecuente →aumenta costos de producción. • condiciones terrenales adversas →recuperación baja. BLOCK CAVING PANEL CAVING 6/19/15 6/19/15 6/19/15 6/19/15 6/19/15 6/19/15 Equipos Empleados: 6/19/15 6/19/15 GRACIA S 6/19/15