Universidad de Chile Fac. de Cs. Fsicas y Matemticas
Departamento de Geologa Metalognesis
Mtodos de explotacin subterrneo
Integrantes: Rodrigo Gacita. Mario Morales Carlos Castillo
Curso: Metalognesis Auxiliar: Mara Carolina Soto
INDICE INTRODUCCIN ACCESOS INFRAESTRUCTURA DE LA MINAFACTORES
QUE INFLUYEN EN LA ELECCIN DEL METODO DE EXPLOTACIN
3 4 5 6 7 7 8 11 14 17 20 22 25 29
ELECCION DEL METODO DE EXPLOTACIN CLASIFICACION DE LOS METODOS
DE EXPLOTACIN SUBTERRNEO ROOM AND PILLAR SUB LEVEL STOPING
SHRINKAGE CUT AND FILL BLOCK CAVING PANEL CAVING SUBLEVEL CAVING
BIBLIOGRAFA
Mtodos de explotacin subterrneo
INTRODUCCIN La explotacin de una mina es el conjunto de
operaciones que permiten el arranque, el carguo y la extraccin del
mineral, asegurando todos los servicios anexos en produccin normal,
tales como ventilacin, fortificacin, drenaje y suministro de
energa, aire y agua. Los mtodos de explotacin se definen como una
forma geomtrica usada para explotar un yacimiento determinado. Es
el modo de dividir el cuerpo mineralizado en sectores aptos para el
laboreo. El objetivo de la explotacin de un yacimiento es la
extraccin de menas y sustancias minerales sistemticamente, de
manera que la comercializacin de la sustancia mineral proporcione
la utilidad esperada. La fase de explotacin misma est precedida de
dos fases preparatorias a tales trabajos: Una fase de
reconocimientos que incluye todos los trabajos desde la prospeccin
hasta comenzar con la preparacin de la mina. Puede haber prospeccin
general (estudio de la zona por bsqueda de ndice de yacimientos con
diversos mtodos), sondajes (perforaciones para sacar una muestra de
la roca para anlisis geofsico o geoqumico), galeras o piques de
reconocimiento (trabajo minero para reconocer el yacimiento y sus
extensiones) y cubicacin y estudio econmico (estudio del yacimiento
en la base a los resultados obtenidos en los trabajos de
reconocimiento para determinar la extensin, el valor y la
explotabilidad del yacimiento y los lmites de tal explotabilidad).
Una fase de trabajos preparatorios o infraestructura, que incluye
todas las labores de penetracin y divisin para permitir la
explotacin. Se trata de la ejecucin de las vas principales que
pueden ser verticales (piques y chimeneas) u horizontales
(transporte principal) y del habilitamiento de tales labores. Las
operaciones de transporte principal y de extraccin a travs de los
piques, constituyen los llamados servicios generales de una mina,
como tambin ventilacin, mantencin de galeras principales, etc. Una
vez reconocida y cubicada la mina, construida su infraestructura,
comienza la fase de explotacin que consiste en arrancar, cargar y
transportar el mineral en las unidades de explotacin para hacerlo
llegar a los puntos de carguo del transporte principal. La
explotacin de una mina se compone de tres operaciones mineras
bsicas: Accesos y desarrollos de aperturas mineras Preparacin o
infraestructura de la mina Arranque o explotacin de la mina. Las
fases de explotacin propiamente tal constan de: Trabajos de
desarrollo: constituyen la preparacin del casern o unidad de
explotacin y que consiste esencialmente en avances de galeras y
chimeneas y preparacin de base que pueden ser embudos o zanjas,
instalaciones de buzones de carguo, etc. En general, para obtener
el mineral, se cuelga el yacimiento mediante galeras a partir de
las cuales se perfora y arranca la roca en estado natural. Estas
galeras pueden estar en un solo nivel, y servir para el carguo y
transporte del mineral despus de la operacin de arranque o pueden
estar en diferentes niveles. Operacin de arranque: la forma de
arranque va a ser funcin del mtodo de explotacin adoptado y los
diagramas de disparos sern de suma importancia para obtener
rendimientos y costos bajos. Operacin de carguo: depende de los
diferentes sistemas y aplicacin en los mtodos de explotacin.
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Mtodos de explotacin subterrneo
ACCESOS Corresponden a aquellas labores que comunican el cuerpo
mineralizado con la superficie, para su explotacin. Los accesos
pueden ser: Socavones: Es una labor horizontal o con una pequea
inclinacin, que tiene slo una entrada. Es ms barato que construir
un pique, es ms rpido, econmico y seguro. Piques verticales: Es una
labor que tiene una inclinacin superior a 45, y que puede usarse
para la extraccin de personal y mineral. Chiflones o piques
inclinados: Se pueden presentar al pendiente (fig.1a),
interceptando a la veta (fig.1b) o al yacente (fig.1c).
(a) (b) (c) Figura 1: a) pique al pendiente; b) pique
interceptando a la veta; c) pique al yacente. Para desarrollar los
accesos, se debe proceder de acuerdo a un plan bien determinado,
observando las siguientes situaciones que pueden presentarse: Sacar
mineral til, implica hundimiento sino se fortifica. 2. En una labor
horizontal de seccin definida, solo puede transportarse una
cantidad limitada de mineral u otro elemento. Una extraccin mayor,
significa desarrollar mayor nmero de labores 4. Tener presente que
el costo por tonelada, en una labor de desarrollo es ms caro que al
extraer una tonelada de mineral durante la explotacin. Los
desarrollos pueden ser: Desarrollo Productivo: el avance se realiza
extrayendo mineral, lo que se utiliza bastante donde la mena es ms
blanda que el estril en vetas de potencia media. Desarrollo
Improductivo: cuando el avance se realiza en estril.
1. 3.
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Mtodos de explotacin subterrneo
INFRAESTRUCTURA DE LA MINA La preparacin se define como la
ejecucin de una red cuidadosamente planificada de piques, galeras
(Niveles), chimeneas y todas las formas bsicas de excavacin de
rocas. Las labores de preparacin se pueden dividir en dos tipos
segn su finalidad: Preparacin General: depende de la forma y manteo
del cuerpo. Replanteo general de la mina, que comprende todos los
desarrollos necesarios para el acceso, transporte y ventilacin de
las distintas zonas subterrneas. En yacimientos horizontales o
pocos inclinados la preparacin se hace mediante labores de
transporte que dividen al cuerpo en paneles. Si el manteo es fuerte
se utilizan esquemas de galera transversales (que conforman los
niveles), que se determinan o definen por la potencia del cuerpo y
el mtodo de explotacin proyectado, donde las labores trazadas en
diferentes niveles se unen por medio de Rampas y Chimeneas. Unidad
de Explotacin Es una masa geolgica, que tiene una forma geomtrica
bien definida, por ejemplo un panel o un bloque. Es dividir el
yacimiento, de manera que forme una unidad propia de explotacin, en
el que se puedan transportar fcilmente equipos y materiales, que el
arranque se pueda realizar en forma independiente, que existan
facilidades en la extraccin de menas, ventilacin independiente y
que si es necesario, puedan rellenarse fcilmente. En la mayora de
los yacimientos se hace una divisin por niveles (excepto en
yacimientos poco inclinados y de poca extensin). La explotacin se
realiza segn la corrida y en sentido horizontal (ascendente o
descendente). La extraccin se realiza por el nivel inferior
principal. Si el manteo es fuerte la mena puede dejarse caer por
gravedad y transportar en sentido horizontal. Si la construccin de
accesos es cara, por la existencia de plegamientos, se puede
transportar en forma ascendente por medio de correas
transportadoras, rastras, etc. En yacimientos muy inclinados, el
trfico de personal se realiza desde el nivel superior al inferior a
travs de piques, chimeneas y rampas. Si el cuerpo es de poca
inclinacin el personal trafica por el nivel inferior y la salida es
por labores inclinadas o rampas.
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Mtodos de explotacin subterrneo
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECCIN DEL METODO DE EXPLOTACION En
la eleccin del mtodo de explotacin, intervienen fundamentalmente
los siguientes factores: Caractersticas Geogrficas: Los aspectos ms
importantes dentro de este factor son la profundidad, la cercana a
un lugar poblado y el clima. Caractersticas Geolgicas y Fsicas del
yacimiento: Las propiedades ms importantes que deben conocerse en
un yacimiento para elegir el sistema de explotacin adecuado son las
siguientes: La forma del yacimiento o cuerpo mineralizado: potencia
(en una veta o manto), manteo (en una veta o manto) o diseminacin
de las leyes (en un yacimiento masivo). Profundidad respecto de la
superficie. Dimensiones del yacimiento. Naturaleza mineralgica de
los componentes de la mena. Sus leyes o reparticin de la
mineralizacin en el interior del cuerpo mineralizado.
Caractersticas mecnicas (resistencia a la traccin y la compresin)
de la roca que constituye el cuerpo mineralizado y de la roca
encajadora de caja. Condiciones Econmicas: la explotacin de un
yacimiento debe realizarse al menor costo posible. El costo de
acceso, desarrollos y preparacin propios del mtodo de explotacin
son elevados. Intervienen adems en las condiciones econmicas el
sistema de extraccin, el tratamiento o procesamiento del mineral,
inversiones en equipos, materiales y otros. Las condiciones
presente y futuro del mercado permiten determinar si un yacimiento
de ciertas caractersticas geolgicas y fsicas es explotable o no.
Tambin puede ser factor determinante el ritmo de explotacin o el
grado de selectividad alcanzable. Hay una tendencia importante que
lleva a explorar yacimientos de leyes cada vez ms bajas, debido
principalmente a dos causas: El agotamiento de los yacimientos de
leyes altas. La necesidad del abastecimiento constante del mercado.
Para solucionar estos problemas se recurre a dos alternativas:
Seleccionar en el interior del yacimiento las zonas ms ricas, lo
que nos lleva a los mtodos selectivos. Explotar grandes masas de
baja ley, con costos tambin bajos debido al gran tonelaje; esto nos
lleva a los mtodos altamente mecanizados. En este caso se juntan
las condiciones geogrficas y humanas. En los pases de alto nivel
industrial donde la mano de obra es cada vez ms cara, conviene una
alta mecanizacin, que en el caso de un pas subdesarrollado puede
ser antieconmica.
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Mtodos de explotacin subterrneo
ELECCION DEL METODO DE EXPLOTACIN Entre los factores de seleccin
del mtodo a utilizar estn: Profundidad, forma y tamao del cuerpo.
Ubicacin (Recursos) Calidad Geomecanica de la roca mineralizada y
roca de caja. Distribucin y Leyes. Econmico. Reglamentacin (Medio
Ambiente). Para seleccionar el mtodo se utilizan ciertos criterios
de seleccin, tales como: Rendimiento y Productividad. Seguridad al
Personal, Equipos e Infraestructura. Recuperacin. Selectividad
Dilucin Simplicidad Costos : inversin y operacin ELECCION DEL
METODO DE EXPLOTACIN CLASIFICACION DE LOS METODOS DE EXPLOTACIN
SUBTERRNEO Segn las condiciones en que quede el casern, se
distinguen tres tipos de explotacin. 1. Caserones Vacos: son los
mtodos en los cuales el hueco creado por la explotacin del mineral
se conserva sin relleno ni hundimiento, es decir, sin ninguna
fortificacin artificial o natural, con fortificaciones sistemticas,
o con fortificaciones artificiales de madera. Se aplican estos
mtodos cuando las caractersticas mecnicas del yacimiento como las
de la roca de caja son muy buenas. Existen dos mtodos
fundamentales: Room And Pillar y Sub Level Stoping. 2. Caserones
Rellenos: son mtodos en los cuales el hueco creado por la
explotacin se rellena con un material con el objetivo de afirmar
las cajas. Se aplican a vetas o mantos de fuerte pendiente con
malas caractersticas de la roca de caja. Son mtodos muy costosos y
relativamente selectivos. Existen dos mtodos principales: Shrinkage
y Cut and Fill. 3. Por Hundimiento: en este caso el mineral o el
estril o ambos, se van hundiendo. Existen dos mtodos principales:
Sub Level Caving y Block Caving.
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Mtodos de explotacin subterrneo
ROOM AND PILLAR PRINCIPIO El mtodo de explotacin Room and Pillar
o Caserones y Pilares consiste, como su nombre lo indica, en la
explotacin de caserones separados por pilares de sostenimiento del
techo. La recuperacin de los pilares puede ser parcial o total, en
este ltimo caso, la recuperacin va acompaada del hundimiento
controlado del techo que puede realizarse junto con la explotacin o
al final de la vida del yacimiento, lgicamente el hundimiento del
techo en este caso es totalmente controlado. En un principio, el
mtodo de caserones y pilares se llevaba en forma irregular, o sea,
que las dimensiones y distribucin de caserones se hacan sobre la
marcha de la explotacin, dejando pilares en forma irregular
obedeciendo solamente a las caractersticas presentadas por el
yacimiento, como por ejemplo zonas de ms baja ley, diques de
estriles etc. Hoy en da dado a las condiciones de mecanizacin y a
los adelantos obtenidos en las tcnicas de reconocimiento, el mtodo,
se planifica con anterioridad a la explotacin propiamente tal,
llevndose los caserones con una distribucin regular como as mismo
el trazado de los pilares. CAMPO DE APLICACIN DEL METODO Este mtodo
de explotacin es aplicado ampliamente y en los ltimos aos se ha
desarrollado bastante, debido a su bajo costo de explotacin y a la
vez que permite hasta cierto punto una explotacin moderadamente
selectiva. Los yacimientos que mejor se presentan para una
explotacin por Room and Pillar, son aquellos que presentan un ngulo
de manteo bajo, aunque tambin es aplicable en yacimientos de manteo
entre 30 y 40, es decir, en yacimientos de manteo crtico, donde el
mineral no puede escurrir por gravedad. Por otra parte, la
estructura o forma del yacimiento debe ser favorable a un
desarrollo lateral de la explotacin por ejemplo, mantos o
yacimientos irregulares con gran desarrollo en el plano horizontal.
En cuanto a la potencia del yacimiento, el mtodo ha sido aplicado
con xito en yacimientos de hasta 40 60 m. Los casos corrientes de
aplicacin son para yacimientos de baja potencia destacndose
espesores de 2 a 20 metros. Sin embargo, la recuperacin del
yacimiento puede variar de una mina a otra, dependiendo por una
parte de las condiciones propias que presenta el yacimiento, y por
otra, de la tcnica empleada y grado de mecanizacin a que se ha
alcanzado. Como datos generales se puede decir que la recuperacin
puede variar de un 80 a 90 % del mineral preparado, llegando en
ciertos casos a recuperaciones del orden del 90 %; en ciertos casos
se justifica realizar estudios sobre la recuperacin de pilares,
sobre todo en yacimientos importantes. Actualmente se han hecho
recuperaciones interesantes de pilares en ciertos yacimientos donde
la inversin se ha pagado ampliamente. La recuperacin puede hacerse
de varias maneras: Recuperacin con hundimiento controlado del
techo. Recuperacin de Pilares en forma alternada. Recuperacin
parcial depilares. o Recuperacin por hundimiento controlado del
techo.
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Mtodos de explotacin subterrneo
o Arrancndose pilares en forma alternada. o Arrancndose pilares
alternados y provocando hundimiento.
Figura 2: Room and Pillar VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL METODO ROOM
& PILLAR. Ventajas El mtodo hasta cierto punto es selectivo, es
decir zonas ms pobres pueden no explotarse sin afectar mayormente
la aplicabilidad del mtodo. En yacimientos importantes puede
llegarse a una mecanizacin bien completa lo que reduce ampliamente
los costos de explotacin. En yacimientos que afloran a la
superficie puede hacerse todo el desarrollo y preparacin por
mineral, o en caso contrario los desarrollos por estril pueden ser
muy insignificantes. Actualmente con el avance de la tcnica de
sostenimientos de techo pueden explotarse caserones de luces
amplias con bastante seguridad. Permite la explotacin sin
problemas, de cuerpos mineralizados ubicados paralelamente y
separados por zonas de estriles. La recuperacin del yacimiento an
no siendo del 100 % puede llegarse a recuperaciones satisfactorias
del orden del 80 a 90 %. Desventajas Si el yacimiento presenta una
mineralizacin muy irregular, tanto en corrida como en potencia
podra llegar a afectar la explotacin, limitando mucho la
planificacin del mtodo, como as mismo la perforacin y provocar
problemas de carguo sobre todo para posibles mecanizaciones.
Problema de manteo del yacimiento, cuando el manteo esta muy cerca
del manteo crtico (45), se producen problemas para el movimiento
del mineral en los caserones y an este problema es ms grave, si se
trata de mantos angostos. En el caso de mantos potentes hay
problemas en la mecanizacin de la perforacin lo que se traduce en
dificultades de movilidad al usar el equipo pesado de
perforacin.
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Mtodos de explotacin subterrneo
Dilucin de la ley: es un problema que es muy importante y que en
casos de techos dbiles puede ser causa que llegue a limitar la
aplicacin del mtodo. Fortificacin del techo. En ciertos casos
cuando no es posible controlar el techo y es necesario llevar
caserones muy angostos, puede concluirse, en un cambio de mtodo de
explotacin por otro ms adecuado, o emplear un mtodo combinado, por
ejemplo: Room and Pillar con Shrinkage. Problemas de recuperacin
del yacimiento es muy baja, se debe entonces pensar en otro mtodo.
RESUMEN DEL MTODO Geometra del Yacimiento Potencia Buzamiento Tamao
Aspectos Geotcnicos Resistencia (Techo) Resistencia (Mena)
Fracturacin (Techo) Campo Tensional In-situ (Profundidad)
Comportamiento Tenso-Deformacional Aspectos Econmicos Valor
Unitario de la Mena Productividad y ritmo de explotacin Aceptable
>1 m 300 k/cm2 s/profundidad Baja 3 m Horizontal Cualquiera
Optimo >500 k/cm2 >500 k/cm2 Muy baja 5 m >45 Cualquiera
Media Aceptable Incluye poco Media 10 m >65 >10 Mt Baja
Optimo >500 k/cm2 Baja 30 Cualquiera Cualquiera Aceptable >30
MPa s/profundidad Alta-media Media-Baja Cualquiera Elstico
Aceptable Media-Alto Media-Baja Optimo Tabular >3m >601
Cualquiera Irregular Optimo >50 MPa >50 MPa Media-Baja Baja
30 Cualquiera Cualquiera Aceptable >30 MPa s/profundidad
Alta-media Media-Baja Cualquiera Elstico Aceptable Media-Alto
Media-Baja Optimo Tabular >3m >601 Cualquiera Irregular
Optimo >50 MPa >50 MPa Media-Baja Baja
