4. 2. desarrollos subterrÁneos

DESARROLLOS SUBTERRÁNEOS

SESIÓN 4

Ing. Abdel Arroyo Aguilar

Profesor IIMP - PERÚ

E-mail: abc@iimp.com

Minería Subterránea• Utilizado para yacimientos de

mediana y alta ley

• Ritmos de producción 500-50000 tpd

• Más selectivo que el método de cielo abierto excepto por los métodos por hundimiento

• Problemas de diseño:• Geometría de la mina

subterránea

• Estabilidad y soporte

• Ubicación de los accesos

• Logística para el transporte y movimiento de mineral subterráneo

EXPLOTACIÓN DE MINAS –UNIVERSIDAD DE CHILE

Desarrollo de una Mina Subterránea

Galerías, ventanas (adit, Drift)

Excavación horizontal de acceso a la mina

Piques (shafts)

Excavación vertical de acceso a la mina

Chimenea (Ore passes)

Excavaciones sub-verticales dedicadas al traspaso de mineral, personas y en algunas ocasiones utilizadas como cara libre

Rampas (Declines or ramps)

Son excavaciones horizontales orientadas en espiral con el propósito de conectar dos niveles o acceder a la mina

Tajeos (Stopes)

Corresponden a unidades básicas de explotación de las cuales se extrae mineral. En algunos casos estos caserones son rellenados con material estéril.

EXPLOTACIÓN DE MINAS –UNIVERSIDAD DE CHILE

EXPLOTACIÓN DE MINAS –UNIVERSIDAD DE CHILE

EXPLOTACIÓN DE MINAS –UNIVERSIDAD DE CHILE

EXPLOTACIÓN DE MINAS –UNIVERSIDAD DE CHILE

GALERIAS

Excavación de galerias:

• método de perforación y voladuras,

• método mecánico.

Uso de galerias:

• transporte de personas y bienes,

• desarrollo de minas,

• desvío de los causes de ríos, etc

EXCAVACIÓN DE TÚNELES

DISEÑO DE PERFORACIÓN Y VOLADURAS EN GALERÍAS

Tipos de disparo

DESARROLLO HORIZONTAL

TAMAÑO DEL TÚNEL

• El equipo mecanizado túneles con áreas sobre 10 m2

• El equipo portátil sección transversal hasta 10 m2

Nuevos colores

EXPLOSIVOS

• Los explosivos son materiales que tienen reacciones químicas muy rápidas en las que se liberan productos gaseosos y energía, lo que provoca la fractura y el desplazamiento de la roca.

• Daño.

DESCRIPCIÓN DE EXPLOSIVOS

Tres tipos principales:• Nitro Glicerina (NG),• ANFO• Emulsiones explosivas

• El ANFO es una mezcla de nitrato de amonio granulado y petróleo. No es impermeable y se usa solo en condiciones secas.

• La emulsión explosiva contiene nitrato del amonio, en forma líquida, mezclado con otros tipos de nitratos petróleo cera y emulsores

POST- VOLADURA

• Extraer el material fragmentado.

• Estabilizar las paredes y techo del túnel, utilizando unafortificación adecuada para cada tipo de terreno.

• Ventilar.

• Despejar.

VENTILACIÓN

• Todos los tipos de explosivos que se usan en minería generan grandesvolúmenes de gases después de la detonación. Algunos de los gases sontóxicos (CO, monóxido de carbono y NOx, gases nitrosos), por eso, laventilación eficaz es esencial para realizar explosiones subterráneas.

• El objetivo principal el hacer llegar una cantidaddeterminada de caudal de aire a los diferentesfrentes de trabajo o galerías de la mina.

VENTILACIÓN INTERIOR MINA

• Inyecciones de aire

• Extracción de aire

• Puertas de paso

• Servicio manual

• Servicio automatizado

• Control de gases

LABORES SUB HORIZONTALES

COMPONENTES BÁSICOS PARA LABORES SUB HORIZONTALES

Cajas laterales• Paredes de la galería y siempre se disponen verticales, salvo que el

método constructivo sea realizado mediante máquinas tuneleras.

Piso• Base de la galería Puede ser horizontal o presentar inclinaciones poseer

galería. inclinaciones, o no carpetas de rodados, canaletas para drenaje, etc.

Galerías con pendientes menores o iguales a 8 %

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COMPONENTES BÁSICOS PARA LABORES SUB HORIZONTALES

Techo• Corresponde a la parte superior de la galería y su geometría es• típicamente semicircular o de arco imperfecto.

Punto Inicio Curvatura• Representa el punto de inicio para el radio que define el techo de la• sección para la galería.

Radio• Corresponde a la distancia desde el punto de inicio de curvatura al techo• de la galería.

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COMPONENTES BÁSICOS PARA LABORES SUB HORIZONTALES

LABORES SUB HORIZONTALES

Se encuentran dos formas típicas:

1. Semicircular, cuya principal característica define un arco perfecto sobre la galería.

2. Un arco mayor que la galería anterior, y por lo tanto será denominado de arco imperfecto.

• La nomenclatura para la descripción de sus dimensiones es del tipo ancho x alto en m2

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Labores SubhorizontalesSecciónSemicircularLibre yExcavada.

Labores SubhorizontalesSección de Arco Imperfecto Librey Excavado.

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LABORES SUB HORIZONTALES

• Galerias de Producción

• Galerías Secundarias

• Ventanas de Extracción

• Galería de Hundimiento

• Cruceros

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GALERIAS DE PRODUCCIÓN

Labores sub horizontales o de baja inclinación y constituyen labores detráfico por donde circulan principalmente los equipos LHD.

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GALERIAS DE PRODUCCIÓN

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CONSIDERACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE GALERÍAS DE PRODUCCIÓN

• Económicas

• Geológicas

• Geotécnicas

• Operacionales

• De drenaje

• Para obras civiles

• De seguridad

• De ventilación

GALERIAS SECUNDARIAS

• Labores sub horizontales de baja inclinación que se disponen cruzadas a las galerias de producción.

• Las galerías secundarias, al igual que las galerias de producción, se encuentran en todos los sectoresproductivos y formando parte de la base del diseñoen la explotación . El desarrollo es realizado con Jumbos de avance.

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GALERIAS SECUNDARIAS

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PUNTOS DE VACIADO

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Vista Longitudinal Parámetros de Excavación Punto de Vaciado

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LABORES SUB VERTICALES

• Chimeneas de Ventilación

• Chimeneas Ventanas (tolvas)

• Piques de Traspaso

• Chimeneas Echaderos (Ore Pass, Waste Pass)

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LABORES SUB VERTICALES

• Son las encargadas de comunicar niveles, conducir el aire, y son relevantes en el ahorro de energía por aprovechamiento de la gravedad en el traspaso ya sea de los desmontes de desarrollo como en la conducción del mineral hacia los niveles inferiores.

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LABORES SUBVERTICALES

• La excavación de las labores sub verticales se basa en el desarrollo de chimeneas piloto, lascuales se desarrollan a sección definitiva o inicial, sirviendo, para este último caso, como cara librepara posteriores voladuras destinadas a obtenerla sección final.

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MÉTODOS CONSTRUCTIVOS EXCAVACIONES SUB VERTICALES

• Los métodos constructivos de chimeneas hanevolucionado desde los sistemas manuales, JaulaJora, Alimak, y VCR hacia lo que más se ocupa hoyque son los equipos perforadores mecanizados consistema de construcción Blind Hole y Raise Borer, querealizan chimeneas pilotos con geometría circular,obteniendo mejores rendimientos, mayor seguridadal personal y mejores condiciones de estabilidad enlos contornos de la excavación, pues no se utilizanexplosivos.

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MÉTODOS CONSTRUCTIVOS EXCAVACIONES SUB VERTICALES

• Una desventaja general de las labores realizadaspor sistemas mecanizados es que no tienen laposibilidad de quiebres o cambios de ángulo en elsentido de la chimenea, lo cual, si la chimeneapiloto que se realiza no es de la forma o secciónfinal, siempre se necesitarán los desquinchesmanuales.

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Construcción vertical

• El efecto de esta tronadura es arrancarun cono de material que tiene como vérticela carga y como base la cara libre.

• Es él más perjudicial para la construcciónde piques, provoca un desarme del macizorocoso por efectos de la tronadura.

• El concepto de cráter y de su desarrollose atribuye a C.W. Livingston.

1) Teoría del Cratér - Técnica del VCR

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Descripción del VCR

• Voladura - contra la cara libre inferior de la chimenea.

• Abertura en el centro cercana a 1m2.

• Tiros en etapas ascendentes con cargas concentradas.

• Rango de aplicaciones: Hasta 70 m.

• Ángulo de inclinación: de 60º a 90º.

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CONSTRUCCIÓN VERTICAL2) El método combinado – Raise Borer con desquinche manualEs el menos perjudicial para la construcción de piques, el daño es leve ya que las máquinas hacenla labor a sección completa.

• Método seguro

• Barato

• Murallas parejas

• Menor fortificación

• Menor fricción

• Uso en cualquier condición de roca

• Dos pasos de operación

• Acceso en dos posiciones

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SISTEMA RAISE BORER

• Consiste en desarrollar un hueco piloto desde un nivelsuperior para posteriormente conectar un escareador desdeun nivel inferior, con el cual se desarrolla un avanceascendente obteniendo la sección requerida de la chimenea.Para la instalación de este equipo se necesita, en el nivelsuperior, un frontón especial de grandes dimensiones.

• Este equipo surgió como solución a los constantes problemas quepresentaba la técnica manual y de tiros largos VCR y actualmente haalcanzado excelentes resultados de rendimientos para chimeneas largas yposee favorables condiciones de seguridad para los operarios.

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DESCRIPCIÓN DEL RAISE BORER

• Excavación mecanizada.

• Empujada hacia abajo o tirada hacia arriba.

• Los diámetros de perforación varían desde 1 a 6 m.

• Rango de Aplicaciones: de 80 a 200 m.

• Angulo de Inclinación: de 45 º a 90 º.

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SISTEMA RAISE BORER - FRONTONES

• Para el desarrollo de las chimeneas se utilizanfrontones, que son excavaciones sub horizontales enel cual se ubica el equipo perforador para realizar eldesarrollo de las chimeneas. Estos se utilizan paraindependizar los trabajos propios del desarrollo de lachimenea con el tráfico o acceso vehicular y/opeatonal en las galerías principales alcanzandoexcavaciones de grandes dimensiones para losequipos mecanizados, de manera que ninguno de loselementos que componen el equipo perforadorinterfiera. Para cualquier otro caso, el desarrollo dela chimenea no necesita grandes excavaciones parael frontón limitándose a un desquinche que otorguelas necesidades frontón, operacionales requeridaspara el desarrollo pudiendo comenzar en la mismagalería, considerando un pilar o puente mínimo deseguridad.

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SISTEMA RAISE BORER - FRONTONES

• Los frontones de llegada deberán ser diseñados con pendientes positivas desde las galerías principales hacia el frontón para evitar el acumulamiento de aguas y facilitar la extracción de los detritus provenientes del desarrollo de las chimeneas. El valor de las pendientes deberá ser menor o igual a 1%.

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Chimenea de ventilaciónØ 4,5 X 450 m

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CABEZALES ESCARIADORES SERIE RHINO 2000

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SISTEMA BLIND HOLE

• El sistema mecanizado de perforación Blind Hole, va formando una galería ciega donde el avance es en forma ascendente.

• Su operación comienza en un nivel inferior y su desarrollo consiste en perforar con un tricono un tiro piloto guía para luego escarear (cercano al tiro piloto) con cortadores y obtener el diámetro circular que proporciona el equipo.

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SISTEMA BLIND HOLE

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CABEZAL DE UN BLIND HOLE Ø 1524 MM

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DISPOSICIÓN COMPONENTES EQUIPO BLIND HOLE 53 RH(VISTA EN PLANTA)

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Box Holing… new innovative product from Sandvik VAB

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MÉTODO MANUAL

• Este método no constituye en sí el sistema dominante y sehan limitado prácticamente a otorgar el desquinche necesariopara dar la forma y tamaño final a secciones mayores a partirde chimeneas piloto.

• Este procedimiento debe realizarse siempre en formadescendente para protección del personal y con lasfortificaciones que exige el método.

• La utilización de chimeneas manuales se encuentra tambiénen pequeñas conexiones y en chimenea piloto de cortalongitud y poseen longitud, una geometría cuadrada, consecciones en un rango de 1.5 a 2 m, valores mínimos paraotorgar el espacio necesario para el operador.

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EL CICLO DE OPERACIÓN PARA CHIMENEAS MANUALES

• Perforación y carguío de tiros

• Voladura

• Ventilación

• Sostenimiento

• Extracción del desmonte

• Desquinche

• Extracción de desmonte

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CHIMENEAS DE VENTILACIÓN

Las chimeneas de ventilación corresponden a laboresverticales o sub verticales, que forman parte de uncircuito de ventilación y logran comunicar el aire conlos distintos sectores de la mina.

El aire es impulsado por ventiladores principalesubicados cercanos a la superficie e instalados en losadits de ventilación, a través de los cuales secomunica con subniveles de ventilación y galeríassecundarias que finalmente distribuyen el aire hacialos sectores donde se necesita. Posteriormente elaire es evacuado por un circuito desde los sectoresinterior mina hacia la superficie.

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TIPOS DE CHIMENEAS DE VENTILACIÓN

Chimeneas de ventilación para inyección:– abastecen con aire fresco a los sectores que lo requieran.

Chimeneas de ventilación para extracción:– evacuan el aire contaminado, gases, partículas de polvo en

suspensión,– conducen las aguas (en algunos casos).

El aire extraído se conduce finalmente fuera de la mina a superficie

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El tamaño óptimo corresponderá a la intersección de las curvas generadas por el costo de capital y el costo de operación.

Este criterio es extensible a cualquier galería o labor en que este involucrado un circuito de ventilación.

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SECCIÓN ÓPTIMA CHIMENEA

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SECCIÓN ÓPTIMA CHIMENEA

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INCLINACIÓN CHIMENEAS MANUALES

RESTRICCIONES

Las chimeneas verticales que se desarrollen en forma manual, deberántener como máximo cincuenta (50) metros de altura y para pendientesinferiores el desarrollo máximo estará dado por la siguiente tabla.

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INCLINACIÓN CHIMENEAS CON EQUIPOS MECANIZADOS

La inclinación mínima que poseen todos los equiposperforadores mecanizados es de 60º con respecto ala horizontal. La excepción la posee el equipoRobbins 71– R, el cual ha alcanzado inclinaciones de45º.

Todas las chimeneas que sean desquinchadasdeberán ser fortificadas.

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PARÁMETROS ASOCIADOS A UNA CHIMENEA DE VENTILACIÓN

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PARÁMETROS CHIMENEA DE VENTILACIÓN

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PIQUES DE TRASPASO (Ore Pass)

Labores verticales o subverticales que comunicandos niveles sub horizontales ytravés de los cuales se realiza eltraspaso de mineral.

Constituyen una de las labores demayor importancia de la divisiónpues todos los sectoresproductivos traspasan su mineralpor algún pique.

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PIQUES DE TRASPASO (Ore Pass)

La evolución de los métodos comienza desde métodosmanuales, Jaula Jora Alimak tronadura VCR hasta sistemasmecanizados Jora, Alimak, VCR, actuales más utilizados y demayor interés como Blind Hole y Raise Borer con desquinchemanual descendente.

Existen dos tipos de piques de traspaso: piques secundarios, que sonaquellos que comunican el nivel de producción con un nivel intermedioque puede ser de acarreo o reducción y piques principalescorrespondientes a los que comunican los niveles intermedios con elferrocarril para la evacuación del mineral a superficie.

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS

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PIQUES DE TRASPASO

Deben cumplir con comunicar dos niveles sub horizontales para eltraspaso de mineral desde los niveles de producción hacia los nivelesinferiores, utilizando para ello su inclinación y aprovechando la gravedadde manera de provocar un flujo expedito del mineral.

CARACTERÍSTICAS DEL MINERAL

• Granulometría.• Humedad del Mineral.• Segregación.• Dureza del Mineral.• Inclinación.

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DIÁMETRO DEL PIQUE DE TRASPASO

El criterio actual para dimensionamiento de piques se basa enuna relación empírica entre el diámetro del pique y la dimensiónla colpa de mayor tamaño esperada, desarrollada por Kvapil apartir de observaciones derivadas del estudio de piquessecundarios y de las características del mineral traspasado

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DIÁMETRO DEL PIQUE DE TRASPASO

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CHIMENEAS DE DESMONTE(echaderos) Waste Pass

Se ocupan para el vaciado de material esponjado - producto de losdesarrollos.

Pueden comunicar cualquier nivel de la mina. Generalmente, se realizanentre los niveles de producción y niveles de hundimiento, pues una vez queel material llegue al nivel se producción, lo usual es que se utilicen lasexcavaciones ya existentes de la mina, como piques de traspaso, buzones ycualquier otra labor o instalación quese utilice para traspaso de mineral.

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LABORES ESPECIALES

• Excavaciones para Buzones de Carguío.

• Excavaciones para Plate Feeder.

• Excavaciones para Cámaras de Picado.

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BUZONES DE CARGUÍO

Instalaciones ubicadas en la parte inferior de los piques de traspaso, destinados para realizar un carguío controlado de mineral desde los piques hacia algún medio de transporte.

CLASIFICACIÓN DE BUZONES

– Buzones de descarga central– Buzones de descarga lateral

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PLATE FEEDER – ALIMENTADOR DE PLACAS

• Estructura metálica con forma de bateadiseñada para el manejo de mineral congranulometría gruesa.

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VISTA TRANSVERSAL PLATE FEEDER

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CAMARAS DE PICADO

Excavaciones ubicadas en los niveles de reducción,en las cuales se realiza un control granulométricodel mineral realizado por martillos picadoresestacionarios.

El traspaso de mineral para estos sectores se inicia en el nivel deproducción donde dos piques secundarios convergen a un frontón de llegada en la parte posterior a la cámara de picado. El mineral luego comunica con un brocal, lugar en que, junto con la parrilla de control granulométrico se realiza la reducción de tamaño de las colpas. El martillo reductor se ubica en la zona anterior y más cercana al cruzado de acceso.

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REDUCCIÓN SECUNDARIA

El procedimiento para disminuir de tamaño las colpas.

Este depende de la capacidad de los equipos einfraestructura que tenga el nivel, y su propósito esminimizar el tiempo de ejecución maximizando losrecursos posteriores de reducción, es decir, martillospicadores, chancado, entre otros, además aumentar elciclo de transporte desde la zanja colectora al Pique deTraspaso (OP).

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MARTILLOS PICADORES (HAMMERPICKS):

Equipos mecanizados que consisten en un brazo articulado queposee una punta de aleación de acero de gran resistencia y durezaen su extremo, la cual aplicada con vibración sobre un trozo de rocao colpa permite quebrarla en fragmentos menores, aptos para supaso hacia las etapas siguientes del proceso.

• Martillos picadores fijos, por estar anclados en puntosdeterminados de la mina o de la planta, por ejemplo al lado delchancador o de piques de traspaso.

• Martillos picadores móviles, montados sobre equipos con orugaspara trasladarse a distintos sitios dentro de la mina.

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MARTILLO PICADOR

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Labores de Accesos

División de un yacimiento

• Alcanzar un mayor productividad, implica trabajar simultáneamente varios frentes, sin estorbarse.

• Las aberturas (forma y dimensiones) no pueden elegirse a voluntad, ya que se hundirían.

• El acceso a los puntos de explotación debe ser fácil.

• Debe procurarse la seguridad del personal y garantizar la ventilación y el drenajedebe ser de fácil acceso;

• debe extraerse el mineral y desmonte con facilidad;

• Deben fácilmente introducirse los rellenos.

Consideraciones para dividir un yacimiento

• Los yacimientos verticales omuy inclinados se dividen endistintos pisos o niveles.

• A partir de la labor de acceso(pique galería, rampa óinclinado, se trazan crucerosy desde ellos, y dentro delyacimiento, las galeríasprincipales en dirección.

Consideraciones para dividir un yacimiento

• Se explota un nivel tras otro ensentido descendente.

• Como la profundización depiques es muy costosa, enprimer lugar se explotanaquellas partes del yacimientoque se encuentran a menorprofundidad.

• Únicamente cuando se advierteun valor de mineral yrendimiento que permitecontinuar la profundización seprosigue gradualmente.

Consideraciones para dividir un yacimiento

• El yacimiento se divide envarios niveles deexplotación mediantegalerías.

• La extracción de losdistintos tajeos deexplotación, niveles opisos, se realiza por lagalería galería deextracción (galeríaprincipal) inferior, quelimita en profundidad elsector

Consideraciones para dividir un yacimiento

• Se debe aprovecharla gravedad en loposible en laextracción delmineral ó desmonte.

Consideraciones para dividir un yacimiento

GRAVEDAD ACCESO

OPERACIÓN Y SEGURIDAD

VENTILACIÓN Y DRENAJE

COSTOS

Consideraciones para dividir un yacimiento

• En casos excepcionales elmineral se transportanhacia arriba,

• Como cuando se estáprofundizando

• Un sector no alcanza lagalería en direccióninferior debido a que laestructura se ha cortado ypodría originar gastosmayores de extracción.

Separación entre niveles

• Mientras se concluye laexplotación de un nivel,el inferior debe estarsimultáneamente enapertura y preparación(uno o dos pisos más).

• De ser posible, se debeexplotar al mismotiempo algunos niveles.

Separación entre niveles

• La separación de los nivelesvaria de acuerdo a:

– Buzamiento– Potencia– Reservas– Sostenimiento– Método de explotación

(velocidad)

• Yacimientos potentes,menor separación

• Yacimientos delgadosmayor separación

Separación entre niveles

• Yacimientos con fuertebuzamiento, mayorseparación

• Yacimientos bastanteinclinados, menorseparación

Ventajas de separaciones grandes

• Se reduce los costos depreparación

• Los tajeos tienen mayorduración

• Se reduce los costos deextracción

Desventajas de separaciones grandes

• Baja recuperación• Mala ventilación• El tránsito requiere

mucho tiempo.• Incremento de dilución

en algunos métodos.• No se puede cambiar de

método.

Longitud de los pilares intermedios

• Geomecánica de laroca techo y delmineral

• Velocidad deextracción

• Potencia• Buzamiento

Longitud de los tajeos• De acuerdo al ciclado del planaeamiento (producción

contínua)• Los tajeos deben ser idependientes.• Fácil operación (extracción y relleno)• Evaluar costos – Dimensión y valor del yacimiento• Facilidad de Acceso, ventilación y drenaje• Deben tener entrada y salida.

Longitud de los tajeos

• Los niveles se agotanrápidamente

• Requiere de mayorpreparación

• La profundización delpique es costosa eimpide la normaloperación de laslabores

Longitud de los tajeos

Longitud de los tajeos

Labores en Avance

• La explotación es inmediata• Atraviesan zonas explotadas

(seguridad)• Su mantenimiento es difícil y

costoso.• La ventilación se dispersa (no

llega aveces a las labores)• Costos iniciales de operación

bajos.• Drenaje complicado.• Requiere mucho

sostenimiento (cuadros,relleno)

Laboreo en Retirada

• La explotación no esinmediata

• Buena seguridad (atraviesazonas vírgenes)

• Su mantenimiento es fácil ybarato.

• La ventilación es buena.• Costos iniciales de operación

son altos (preparación)• Drenaje es manejable.• Se deja hundir las labores

explotadas.

Laboreo en avance y retirada - Mantos

Laboreo en avance y retirada - Mantos