FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA

Universidad Nacional de Cajamarca Facultad de Ingeniera Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Geolgica CRITERIOS PARA DISSEO DEL HUECO FINAL DE EXPLOTACIONASIGNATURA:METODOS DE EXPLOTACION

DOCENTE:Ing. DANIEL VALDERRAMA GAMARRA ALUMNOS :BUSTAMENTE VARGAS, CESARDIAS CRUZ, SILVIALOZANO IZQUIERDO, ABELGONZALEZ LLERENA, CARLOSMONTOYA TOROVERERO, FRANKLINMOLOCHO DIAZ ELDERROMERO TAVERA, EDWINCICLO:IX

Cajamarca, Junio del 20132. CRITERIOS PARA EL DISEO DEL HUECO FINAL DE EXPLOTACIONPara el correcto diseo de una mina a cielo abierto se tiene que haber cubierto, como se ha indicado, la etapa de investigacin geolgica, fruto de la cual se obtenga el modelo del yacimiento con todas las caractersticas litolgicas y estructurales, que permitirn optimizar la geometra del hueco final y establecer la planificacin de las labores, el control y previsin de la calidad de los minerales y, en suma, la rentabilidad del negocio.En el momento de proyectar una mina a cielo abierto de deben tener en cuenta cuatro grupos de parmetros: Geomtricos.- Funcin de la estructura y morfologa del yacimiento, pendiente del terreno, limites de propiedad, etc.

Geotcnicos.- Dependientes de los ngulos mximos estables de los taludes en cada uno de los dominios estructurales en que se haya dividido el yacimiento.

Operativos.- Dimensiones necesarias para que la maquinaria empleada trabaje en condiciones adecuadas de eficiencia y seguridad: alturas de banco, anchuras de berma y pistas, anchuras de fondo, etc.

Medioambientales.- Aquellos que permiten la ocultacin a las vistas de los huecos o escombreras, faciliten la restauracin de los terrenos o la reduccin de ciertos impactos ambientales.

A continuacin se definen los principales parmetros geomtricos para configurar el diseo de una explotacin a cielo abierto (Fig. 1):

Figura 1. Terminologia empleada en una mina a cielo abierto

Banco.- Es el modulo o escalon comprendido entre dos niveles que constituyen la rebanada que se explota, de estril o material y que es objeto de excavacin desde un punto del espacio hasta su posicin final preestablecida

Altura de banco.- Es la distancia vertical entre dos niveles o, lo que es igual, desde el pie de banco hasta la parte ms alta o cabeza del mismo.

Talud de banco.- Es el ngulo delimitado entre la horizontal y la lnea de mxima pendiente de la cara de banco.

Talud de trabajo.- Es el ngulo determinado por los pies de los bancos entre los cuales se encuentra alguno de los tajos o plataformas de trabajo. Es, pues, una pendiente provisional de la excavacin.

Pistas.- Son las estructuras viarias dentro de una explotacin, a travs de las cuales se extrae el mineral y el estril, o se efecta los movimientos de equipos y servicios entre diferentes puntos de la misma. Se caracterizan; fundamentalmente, por su anchura y su pendiente dentro de una disposicin espacial determinada.

Rampa de acero.- Caminos de uso espordico que se utilizan para el acceso de los equipos, generalmente de arranque, a los tajos. Las cucharas son pequeos y al ser vas de un solo carril, las pendientes son superiores a las de las pistas.

Limites finales de la mina.- Son aquellas situaciones espaciales hasta las que llegan las excavaciones. El lmite horizontal determina el fondo final de la explotacin y los limites laterales los taludes finales de la misma.

Los limites en profundidad de una mina en cielo abierto estn condicionados, fundamentalmente, por la geologa del yacimiento y por aspectos econmicos derivados de los costaos de extraccin del estril para un determinado valor de mineral explotado. La definicin de tales lmites se ve tambin influida por motivos de estabilidad de taludes, por las caractersticas geomecnicas del macizo rocoso y las tensiones producidas en las rocas al crear el hueco e incluso por las dimensiones mnimas del espacio de trabajo que es necesario para las maquinarias.

Bermas.- Son aquellas plataformas horizontales existentes en los lmites de la explotacin sobre los taludes finales, que coadyuvan mejorar la estabilidad de un talud y las condiciones de seguridad. El intervalo de las bermas y su anchura, as como el ngulo de talud, se establece por condiciones geotcnicos y de seguridad y, en ocasiones, por consideraciones operativas si se utilizan como pistas de transportes.

Talud final de explotacin.- Es el ngulo de talud estable delimitado por la horizontal y la lnea que une del banco inferior y la cabeza del superior2.1. CRITERIOS ECONOMICOS DE RATIOS DE DESMONTE

2.1.1. RATIOS ECONOMICOSEl ratio de desmonte, o relacin de estril a mineral, tiene una importancia trascendental en el diseo y planificacin de las minas de cielo abierto, ya que refleja la cantidad de material esteril que es preciso mover para extraer el mineral y, consecuentemente, marca la economa del proceso de extraccin. Esta relacin suelo expresar en las siguientes unidades: (t/t), (m3/m3), (m3/t).Para definir espacial mente los lmites de una explotacin, donde exista una masa de mineral explotable bajo un recubrimiento de estril variable, puede utilizarse, para el diseo, la siguiente relacin estril/ mineral o ratios:A. RATIO LIMITE ECOMONICO.- Es la relacin mxima de estril a mineral til hasta la que puede extraer una tonelada o metro cubico de este, manteniendo un beneficio mnimo previamente fijado. Esto implica que cada unidad de mineral arrancado produce un beneficio igual o mayor al beneficio mnimo aceptable. En la Fig. 2 se expresa grficamente este concepto de un yacimiento de carbn, exagerando la escala en la seccin vertical para facilitar su compresin.

Figura 2. Representacin grafica del ratio limite B. RATIO MEDIO ECOMONICO.- Es la relacin global entre todo el volumen de estril y todo el tonelaje de mineral que es extrado con beneficio medio por unidad de este. Esto significa que algunas unidades de mineral son arrancados a un ratio bajo y, por tanto, dan un alto beneficio. Parte de este benfico pasa a compensar los gastos de desmonte de mineral que se extrae a un ratio alto y que produce, individualmente, perdidas (Fig. 3).

Figura 3. Representacin grafica del ratio medioAplicando el criterio de ratio medio, el beneficio por tonelada durante toda la vida de la mina es menor, e igual al mnimo medio fijado, pero, por le contrario, las reservas explotables son muy superiores, pudindose realizar un aprovechamiento mas racional de los recursos geolgicos disponibles. Por esta razn, debera ser el criterio aplicable a cualquier tipo de yacimiento y7o proyecto.Por otro lado, es preciso llamar la atencin sobre el carcter dinmico de este parmetro de diseo, pues, al ser funcin de diverso datos econmicos, estos pueden variar en el periodo de tiempo y, consecuentemente, modifica su valor. Deber, pues, actualizarse peridicamente el citado medio econmico y, en caso de variacin apreciable, procede al diseo de la mina.Para un calculo rpido de los limites de explotacin puede desarrollarse, en algunos casos, modelos geomtricos simples en los que, a partir de los parmetros caractersticos de cada sector del yacimiento o del representativo del conjunto, por simple comparacin de reas se obtiene la profundidad mxima a la que puede llegarse para un ratio medio dado, o bien los ratios medios que se alcanzan para diferentes profundidades.Los pasos que comprende el proceso son los siguientes:1. Calculo del Ratio Medio Econmico (RME). a partir del precio de venta del mineral, costos de extraccin y tratamiento, recuperacin, etc.2. Determinacin de las profundidades mximas. Que corresponde, sufren las secciones representativas del yacimiento, al RME. Las reas de los polgonos que constituyen las secciones tipo pueden estar proyectadas de forma tal que, a partir de la variable ratio medio (comparacin entre reas de estril y mineral), se determina la profundidad mxima que puede alcanzarse. Se obtiene as el diseo del hueco en dos dimensiones sobre las secciones transversales de cada zona.3. Diseo del hueco final de La Mina en tres dimensiones. El cual se realiza a partir de los fondos establecidos en la etapa anterior, el diseo del posible hueco, representndolo en proyeccin horizontal mediante el sistema de planos acotados y a la escala conveniente.

En este hueco se habrn considerado todas las pistas y rampas de acceso, bermas de seguridad, plataformas de trabajo, etc. Por este motivo, y porque adems el efecto de los taludes laterales no se han tenido en cuenta en las secciones, se debe proceder al cubicacin del estril y el mineral que se extraen (Fig.4).4. Rediseo del hueco de explotacin. Si, como resultado de la cubicacin anterior, se obtiene un ratio geomtrico superior al ratio medio econmico, se revisara el diseo, efectuando, no llegando generalmente a los mismos fondos que en la etapa anterior, quedndose a una cota ms all (Fig.4).

Cubierta la fase del diseo final, se pasa a la planificacin de la explotacin, estableciendo la localizacin del hueco inicial y la consecuencia de avance con diferentes estados intermedios a lo largo del tiempo (Fig.5).

Figura 4. Secuencia de atapas en el diseo de una min a cielo abierto

Figura 5. Secuencia transversales que representan un yacimiento y diseo de la explotacin2.1.1. RATIOS ECONOMICOSDurante la explotacin y desde el punto de vista puramente geomtrico, se distinguen tres tipos de ratios:1. Ratio medio o global2. Ratio incremental3. Ratio temporalSiguiendo la figura 6, en la que se refleja una seccin transversal representativa de un yacimiento, se explica, a continuacin, como se obtiene cada uno de estos parmetros.

Figura 6. Seccin representativa de una explotacin con los volmenes de estril y mineral extrados1. Ratio medio o globalSuponiendo que la explotacin hubiera llegado como la representada por el hueco de trazo continuo, el Ratio Medio Global es el cociente entre la cantidad o volumen total de estril extrado hasta es momento y la del mineral correspondiente:RM = VE/ VMEste parmetro tambin se denomina Ratio medio Geomtrico2. Ratio incrementalSuponiendo que el hueco de la figura 6 se ampliara en profundidad y retranqueara el talud del techo ms all de los limites de la situacin actual, a otra representada por la lnea a trazos, entonces el Ratio Incremental vendr dado por:RI = VE/ VMEste parmetro refleja la cantidad de estril que es preciso mover previamente VE, para obtener una cantidad de mineral determinada VM, cuando la explotacin ya esta en marcha.3. Ratio temporalCuando se considera un periodo de viada de la explotacin dado, el ratio correspondiente a ese periodo ser:RT = VET/ VNTDonde: VET = Estril extrado en le periodo de tiempo t.VNT = Mineral explotado en el mismo periodo de tiempo t.2.2 CRITERIOS OPERATIVOSA continuacin se analizan con mas detalle los diferentes parmetros operativos de diseo de los huecos de explotacin.2.2.1. ALTURA DE BANCOLa altura de banco se establece, en general, a partir de las dimensiones de los equipos de perforacin, de los de carga y de las caractersticas del macizo rocoso.Sobre las dimensiones de la altura de banco tiene importancia la disposicin estructural o morfolgica del yacimiento, el control de la disolucin durante la extraccin, el alcance de los equipos, etc. Este parmetro es limitado en Espaa a 20m. segn se recoge en las I.T.C. de cielo abierto. Estas alturas permiten utilizar equipos de carga para sanear el frente y mantener unas condiciones de seguridad aceptables.La seleccin de alturas de banco grandes representan las siguientes ventajas: Mayor rendimiento de la perforacin, al reducir los tiempos muertos de cambio de posicin. Mejora de los rendimientos de los equipos de carga, al reducir los tiempos muertos por cambio de tajo, as como desplazamientos del equipo dentro del mismo.

Menor numero de bancos y, por lo tanto, mayor concentracin y eficiencia de la maquina. Infraestructura de accesos ms econmica por nmero de bancos.

Por lo contrario, las ventajas de alturas pequeas son las siguientes: Mejores condiciones de seguridad para el personal y la maquinaria, pues el alcance de las maquinarias de carga permite un mejor saneo y limpieza de los frente cuando es necesario. El control de las desviaciones de los barrenos es ms efectivos para las perforadoras de martillo en cabeza. Mayor control sobre la fragmentacin de la roca en la voladura. Mayor rapidez en la ejecucin de rampas de acceso entre bancos. Menores niveles de vibraciones y onda area, al ser las cargas operantes ms pequeas. Mejores condiciones para la restauracin y tratamiento de los taludes finales.La seccin de la altura optima, es pues, el resultado de un anlisis tcnico econmico apoyado en estudios geolgicos y geotcnicos que incluyen el aspecto de seguridad de las operaciones, as como los estudios de recuperacin de lo terrenos afectados por las actividades mineras cuando se llega a la situacin final.Como orientacin, en las canteras suele ir a una altura de banco prxima al lmite permitido, es decir, 20m. mientras que en otros sectores mineros los bancos suelen ser mas bajos en el estril, y, sobre todo, en el mineral.2.2.2. ALTURA DE BANCOSe define como anchura mnima de banco de trabajo la suma de los espacios necesarios para el movimiento de la maquinaria que trabaja en ellos simultneamenteEn la figura 7 se representan los tres procesos bsicos que tiene lugar en el interior de una mina: perforacin, carga y transporte, y que pueden o no simultanearse en el mismo banco. Segn se ejecuten, asi ser la anchura del banco, pues no es lo mismo tener la perforadora a nivel que como se representa en la citada figura, o si solo hay un equipo de carga en la mina, no siendo entonces necesario deja anchura (T) correspondiente al transporte desde otro tajo.

Figura 7. Anchura de tajoSiempre ser necesario dejar del orden de 5 m. como anchura de seguridad (S) hasta el borde del banco. En esa zona es posible construir banquetas de seguridad.Respecto al resto de las medidas, la correspondiente a la perforacin (P) ser la que ocupe la maquinaria perforadora, que en el caso de ejecutar barrenos verticales ser menor, pues solo ocupara la mitad de su ancho detrs de la ultima fila al poder situarse longitudinalmente en el banco; la anchura correspondiente al transporte se vera mas adelante, al tratar diseo de pistas y en relacin con la zona de maniobras de la maquinaria que realice la carga, su anchura desde el frente del tajo a la zona de seguridad debe ser, por lo menos, 1.5 veces la longitud de la cargadora2.2.3. ANGULO DE CARA DE BANCOEn cuanto al ngulo de banco, es funcin de dos factores: tipo de material y altura de banco.Cuanto mas coherente y mas bajo sea el banco, mas vertical puede ser la cara del mismo y, por el contrario, cuanto mas suelto y alto, ser mas tendido el banco; es funcin, pues, de las caractersticas estructurales y resistentes de los materiales y deber ser determinado geomecnicamente.Otro factor que puede obligar a inclinar la cara de banco es el buen efecto que sobre las voladuras ejerce el disparo con barrenos inclinados. Pero en conjunto, puede afirmarse, con respecto a los taludes de cara de banco, la posibilidad de operar con dos, uno inclinado puede coincidir con el ngulo de cara del banco de trabajo y otro, mas vertical, igual al ngulo final de cara de banco, especialmente si en las ultimas voladuras se utilizan barrenos de contorno para mejorar la estabilidad de los macizos residuales y/o se unen varios bancos.Es habitual y recomendable utilizar durante el trabajo en roca media, ngulos de cara de banco 60 y 75 y, al final, dejarlos casi verticales, incluso uniendo varios bancos para poder disponer de bermas de seguridad mas practicas. Esto ultimo depender del plan de restauracin previsto. 2.2.4. BERMASLas bermas se utilizan como reas de proteccin, al detener y almacenar los materiales que pueden desprenderse de los frentes de los bancos superiores (Fig.8) y tambin como plataformas de acceso o incluso, transporte, en el talud de una excavacin.La altura o separacin entre bermas, as como su anchura, son funcin de las caractersticas geotcnicas del macizo de explotacin, que con juntamente con el resto de los parmetros que intervienen en el diseo de la mina conducen al obtencin de un factor de seguridad que garantice la estabilidad de un talud general y seguridad de los trabajos.En el caso de una berma se utilice para la circulacin de vehculos, su anchura debe cumplir con lo establecido para las pistas.

Figura 8. Diseo de Banquetas de proteccin frente a desprendimientosCuando las explotaciones se produzcan, con frecuencia, desprendimiento de los taludes y sea necesario trabajar en los niveles inferiores, o cuando se vayan a abandonar las minas pueden construirse banquetas de material suelto a modo de cordones o muretes para la proteccin de las propias bermas y para que retengan el material cado desde una cierta altura. De acuerdo con la figura 8, los criterios de diseo se recogen en la tabla 1

Para altura de banco distinto a las indicadas puede aplicarse las siguientes formulas de clculo:Anchura mnima de berma = 4.5m + 0.2*H (m)Altura de banqueta = 1m + 0.04*H (m)2.2.5. PISTAS Y RAMPASLas pistas son los caminos por los cuales se realiza el transporte habitual de los materiales dentro de la explotacin, es decir, por los que circulan las unidades de acarreo. Tambin existen rampas que se utilizan exclusivamente como acceso a los tajos de las maquinarias que realizan el arranque y su servicio es espordico.Ambas tienen distinto tratamiento y diseo, pues mientras que por las primeras la circulacin puede ser continua en los dos sentidos y mas rpida, la utilizacin de las segundas es minima y a velocidad mucho mas lenta. En estas ultimas, la pendiente debe recomendarse por razones de seguridad pues, aunque la lubricacin de los mecanismos de las maquinas que van a circular por ellas permitan fuertes inclinaciones, en ningn caso debe sobrepasarse el 20%, sobre todo teniendo en cuenta que, en relacin a la anchura, esta debe superar, por lo menos, en dos metros de ancho de va de la unidad mas ancha que vaya a circular por ellas.Respecto a las pistas y rampas de transporte, en un diseo hay que considerar, en relacin con las unidades de transporte que se utilicen, una serie de parmetros que, sin perder el ritmo de operacin, las hagan seguras. Estos se vern, con ms detalle, en el epigrafe6.

Mtodos de explotacinPgina 6