EXCAVACION, TRANSPORTE Y DISEÑO DE EXPLOTACION SUPERFICIAL

HUANCAYO 2008

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS

DISEÑO DE LOS LIMITES PARCIALES DE UN TAJO ABIERTO

Los factores ó elementos básicos, claves para el diseño de los límites parciales de un Tajo Abierto son tres :

•La relación de desbroce - stripping ratio (SR).•El ángulo de talud del tajo.•La ley mínima explotable - cut off.

El objetivo del planeamiento y diseño es optimizar la interelación de estos elementos.

FACTORES ó ELEMENTOS BÁSICOS DE DISEÑO

N° de Ton. Desmonte R.D = N° de Ton. Mineral

Es la relación ó cociente de dividir el número de toneladas de desmonte que se extraen para minar una tonelada de mineral.

La relación de desbroce se divide en 2 :

RELACION CRITICA DE DESBROCE (RCD).

RELACION FINAL DE DESBROCE (RFD) ó RELACION ECONOMICA DE DESBROCE (RED).

LA RELACION DE DESBROCE Ó STRIPPING RATIO "SR"

Costo de minado Costo de minado Subterráneo/ton. Mineral Superficial/ton. MineralR.C.D. = ------------------------------------------------------------------------------------

Costo de remoción / ton. desmonte

Costo de minado __ Costo de minadoLIMITE Subterráneo/ton. Mineral Superficial/ton. MineralEXPLOTACION = ---------------------------------------------------------------------------------------------

SUPERFICIAL Costo de remoción / ton. estéril

RELACION CRITICA DE DESBROCE (RCD)

Indica el punto de equilibrio económico entre el minado a tajo abierto y el subterráneo. Es decir establece la aplicabilidad del límite del método de explotación superficial también se denomina :

Por ejemplo si tenemos como datos :Costo de minado subterráneo / ton. de mineral = US$ 5.04Costo de minado open pit / ton. de mineral = US$ 0.70Costo de remoción estéril / ton. de estéril = US$ 0.66LIMITE EXPLOTACION SUPERFICIAL = 6.58 : 1

Valor recuperable - Costo de producción / ton. mineral / ton. MineralR.E.D. =

Costo de remoción / ton. de desmonte

Esta relación se aplica tan sólo a la superficie última de pit. Es decir la relación que debe haber entre el desmonte y mineral al final de la explotación ó cuando alguna zona del tajo está siendo agotado.Siendo por consiguiente su valor menor que la rrelación de desbroce, de lo contrario no habría ganancia. Su fórmula es:

Ejemplo :Valor recuperable por tonelada de mineral = US$ 11.36Costo de producción por toneladas de mineral = US$ 7.76Costo de remoción por toneladas de desmonte = US$ 0.70Relación económica de desbroce = 5.14 : 1

RELACION ECONOMICA DE DESBROCE (RED)

El costo de producción incluye todos los costos hasta la obtención del metal refinador menos el costo de

El costo de producción incluye todos los costos hasta la obtención del metal refinador menos el costo de desbroce.Si la empresa fija una GANANCIA mínima, se incluye este factor en la fórmula que será :

Valor recuperable - Costo de producción - Utilidad / ton. De / ton. Mineral / ton. Mineral mineralR.F.D. = ---------------------------------------------------------------------------------------

Costo de remoción / ton. de desmonte

EjemploValor recuperable por toneladas de mineral = US$ 16.79Costo 9e producción por toneladas de mineral = US$ 11.93Utilidad ó ganancia mínima por toneladas mineral = US$ 2.98Costo de remoción por toneladas de desmonte = US$ 0.72Relación final de desbroce = 2.61 : 1Para cada sector, zona del tajo abierto se calcula la Relación Final que soportará una máxima cantidad de desmonte. La zona de Alta ley de mineral tienen el efecto de expandir el TAJO mientras que las de baja ley las contrae, esto es verdad solo hasta que la relación final no sea mayor que la relación crítica de desbroce, que es el límite económico entre Tajo Abierto y el Método Subterráneo.

Es el ángulo de reposo que pueden tener las paredes tanto del tajo, como de los bancos, sin ocasionar peligros de derrumbes. Este factor es uno de los más difíciles de determinar en su grado optimo, ya que puede variar por otros motivos. Se tiene los siguientes Talud final del tajo.

•Talud de operación ó talud de trabajo del tajo.•Talud de banco.

El diseño de taludes económicos y estables es una técnica que se aplica en el minado superficial desde la exploración hasta el final de la operaciones de extracción y reforestación. Las especialidades que conforma esta técnicas son: geología estructural, mecánica de rocas, mecánicas de suelos, sismología y matemáticas.

EL ANGULO DEL TALUD DEL TAJO

TALUD

El fundamento del estudio y aplicación de la Estabilidad de Taludes, para optimizar la economía de la mina en conformidad con la competencia de la roca para permanecer estable y minimizar la ocurrencia de fallas.

Los efectos económicos de un correcto diseño de ángulo de talud son:

1° Reducción de la relación de desbroce.2° Reducción de costos.3° Posible incremento de reservas de mineral.

Es la línea trazada desde la CRESTA del banco hasta el piso (TOE), es válido solamente para ese banco. También es la inclinación de la pared de banco. Varía entre 65° - 90° , el talud mínimo de banco es 0.5 : 1 (63°30').El talud de banco esta determinada por las características físicas de las rocas y por la condición de operación , especialmente por el tipo de voladura, puede variar de acuerdo a la forma de perforación.Es casi imposible eliminar por completo los pequeños deslizamientos locales de las paredes de los bancos, a no ser que se opere con un talud excesivamente echado.

TALUD DE BANCO

Es el talud del tajo durante los primeros años de operación. Determina la geometría del tajo durante en los años iniciales de minado hasta que la explotación se acerca a la paredes finales. Está definido por la relación ANCHO - ALTURA del banco. Generalmente varía entre 20° - 30°, por lo que no ofrece mayores riesgos.El talud del trabajo del tajo varía dependiendo de acuerdo a las necesidades de operación (ANCHO: para pala, ferrocarril, rampas de acceso, etc).

TALUD DE OPERACIÓN ó TALUD DE TRABAJO DEL TAJO

Elementos de un Banco

Son los 6 elementos principales de un banco en un Tajo Abierto.a) BENCH CREST : Cresta del bancob) BENCH TOE : Piso del bancoc) BANK ANGLE : Angulo de banco d) BENCH HEIGHT: Altura de bancoe) BENCH WIDHT : Ancho de banco f) BENCH FACE : Cara ó frente de banco.

DISEÑO DE LOS BANCOS DE UN TAJO

La altura de banco está determinado por: la altura máxima del carguío (del cargador , pala , etc) y por la distribución uniforme ó errática de los valores del mineral. L = Lm*SfDonde : L : Altura de banco. Lm : Altura máxima de carguío (equipo de carguío) SfX : Factor de exposición del material. X : 1/2 para corte cajón. X : 1/3 para corte esquina.Si los bancos son mas altos que la ALTURA MAXIMA de carguío, hay riesgo que el material suelto de la parte superior del banco podría caer y dañar al equipo - operador.Por otro lado si la altura de banco es menos que la altura máxima de carguío, esto ocurre cuando la mineralización es errática. Los ciclos de carguío son rápidos.Si los valores del material son distribuidos uniformemente, la altura del banco dependerá exclusivamente de la altura máxima de carguío y si los valores del mineral son erráticos, el banco puede ser mas bajo para evitar DILUCION.

Altura del Banco (L)

Se debe diseñar y considerar los 2 tipos de anchos de los bancos como son:EL ANCHO DE BANCO EN LIMITE FINAL Queda al terminar el minado del tajo y servirá como carretera ó BERMA para evitar el deslizamiento de los taludes.El ancho final del banco, se determina por la altura del banco y la inclinación final del talud al tajo, este ancho varia entre 3 a 5 m ó mayor en zonas para transito de camiones. ANCHO DEL BANCO EN OPERACIÓNAquí se realizan todas las operaciones de minado y poco a poco va alcanzando el ancho final del banco.El ancho del banco de operación se determina por el espacio requerido para operar el cargador ó pala, las dimensiones de los camiones, de la maquina perforadora y la distancia mínima de esparcimiento del material después del disparo. En general hay una relación directa entre el tamaño del equipo y el ancho del banco, altura de bancos. El minado se facilita con bancos anchos.

Ancho de los Bancos

Ejemplo De un ancho de banco de operación:- Largo del cargador frontal 966B de 3yd3 .......................................25 pies- Ancho de un volquete volvo...........................................................15 pies- Largo de una perforadora TRACK DRILL......................................15 pies- Distancia de esparcimiento del material ( Z )................................12 pies Ancho del banco de operación : 67 pies Aprox. ..................20 metros

Los materiales tienen ángulos de reposo que determinan la inclinación de los bancos. Para el diseño tenemos 2 tipos de bancos en razón a la inclinación de los taladros: bancos verticales y bancos inclinados.

Inclinación de los Bancos

El planeamiento y diseño de un tajo abierto en sus límites finales deben presentar como mínimo los siguientes elemento :

BERM INTERVAL : El Intervalo de Berma.BERM SLOPE ANGLE : Angulo de talud de bermaBERM WIDTH : Ancho de berma.BENCH WIDTH : Ancho de banco.BENCH FACE : Cara , frente ó pecho de banco.TOE OF BENCH : Piso del banco ó pie de talud banco.CREST OF BENCH : Cresta de banco.BENCH HEIGHT : Altura de banco.BENCH SLOPE ANGLE : Angulo de talud de banco.RAMP WIDTH : Ancho de rampa.ROAD AND RAMP WIDTH : Ancho de camino y rampa ROAD AND RAIL WIDTH : Ancho de camino y rielOVERALL PIT SLOPE ANGLE : Angulo de talud promedio del tajo. (ángulo de talud del tajo en su conjunto ó totalidad)TALUD DE TRABAJO ó TALUD OPERACIONAL

TALUD FINAL DEL TAJO.FINAL PIT OUT LINE : Perfil ó trazado final del tajo.ACTIVE PIT OUT LINE : Perfil ó trazado del tajo activo.

ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN TAJO ABIERTO

TALUDES DEL TAJO : Talud de banco, talud operacional, talud final y talud promedio del tajo.BANCOS : Cresta, piso, ancho, altura, cara y talud.RAMPAS : Ancho, talud, altura ó intervalo.BERMA : Ancho, talud, altura ó intervalo.BOTADEROS : Canchas para almacenar el desmonte del tajo.STOCK PILE: Canchas para almacenar mineral de baja ley y tratarlas para su recuperación.

El intervalo de berma, talud de berma y el ancho de berma está definido por la configuración geotécnica del talud.El Talud Promedio del Tajo, es la línea trazada desde el pie de banco más bajo hasta la cresta del banco superior ó más alto; ésta línea atraviesa a todo el resto del banco.Las variaciones en los elementos del tajo son:

En resumen los elementos principales que se debe tener presente son:

RAMPA : RANGOS VARIACIONPROMEDIO

Ancho . 20.0 m - 50 m 20m(mínimo)Gradiente : 8% - 12% 8.5%Longitud total : 0.9 km - 5 km 1.0 km.

BERMA :Ancho . 3.0 - 6.0 m 5.0m (mineral)

10.0 m (morrenas)BANCOS :

Ancho : 10.0 m - 50.0 m 20 mAlto : 6.0 - 20.0 m 15 mTalud : 65° - 90° 70°

BOTADEROS Altura de bancos 6.0 - 10 - 15 mAncho bermas 4.5 - 10 mTalud entre bancos 2 : 1Talud final 2.5 : 1

Las rampas son accesos inclinadas que sirven el acarreo - transporte del material, transito de los diversos equipos en el tajo abierto, también sirven de enlace y acceso a los diferentes bancos del tajo.Estos accesos inclinados se caracterizan fundamentalmente por tener una PENDIENTE ó GRADIENTE, con lo cual se aprovecha ganar altura.A > PENDIENTE, se gana > ALTURA y se realiza < longitud de la rampa.A < PENDIENTE, se gana < ALTURA y se realiza > longitud de la rampa.Normalmente las rampas son constituidas paralelas al eje mayor del tajo.

DISEÑO DE RAMPAS EN TAJO ABIERTO

Definición

Ancho rampa.Pendiente ó gradiente.Radio de curvatura.PeralteDecliveLongitud rampa (distancia inclinada).ANCHO DE RAMPA Es función del tamaño, capacidad de los equipos, cantidad y productividad de los equipos.El promedio del ancho de la rampa es de 20.0 m. pero varía de 20 a 50 m. a fin de que crucen hasta 3 equipos al mismo tiempo sin dificultad.PENDIENTE ó GRADIENTE Las rampas tienen gradientes variadas que oscilan entre 5 % a 12%.En el Perú y en el mundo la mayoría de las pendientes en tajos abiertos van de 8% a 12% siendo el más usual 8%.

Parámetros ó Elementos de Diseño

100 m

10 m

+10%

Ejemplo 01 Hallar el ángulo de inclinación de una rampa con gradiente 10%.La pendiente matemática : 10/100 = 1/10 ósea 1:10

Angulo de inclinación :Tan = 10/100 = 0.1= arc tan 0.1

= 5° 42' 38"

Rp =( RI + RE) / 2

RE

RpRI

RE = 60 mRI = 30 mRp = (60+30)/2 = 45 m

Parámetro utilizado para el cambio de dirección y/ó gradiente de la rampa.Este parámetro es función de la velocidad de desplazamiento, tamaño de los equipos y ancho de la rampa.

Para el control topográfico de la dirección del radio de curvatura viene a ser el promedio.

Donde :Rp : radio promedio.RI : radio internoRE : radio externo

Los fabricantes facilitan los radios de curvatura sea interna ó externa para cada equipo usado en la minería subterránea. En tajo abierto será según el ancho de rampa.

RADIO DE CURVATURA

Es un parámetro que equilibra la acción de la fuerza centrífuga y gravitacional, producto de la velocidad del equipo y esta dado por la siguiente relación:

h = (V2 * a) / (R * g)

Donde :a : ancho de la rampa en m.V : velocidad equipo m/seg.R : radio curvatura promedio en m.h : altura del peralte en m.g : aceleración de gravedad m/seg2

PERALTE

Ejemplo Hallar el peralte necesario para un equipo que tiene una velocidad de 3 m/seg, el

ancho rampa es 20 m. y el radio curvatura promedio 45 m.h = (32 *20)/(45*9.8) = (9*20)/ 441 = 180/441 = 0.408163265 mh = 0.4 m

Es una leve inclinación que se podría considerar en todo lo largo de la rampa con la finalidad de drenar el agua hacia el extremo ó cuneta de la rampa y así mantenerse el buen estado de la rampa.Este declive varía entre 0% a 1% máximo, siendo recomendable 1 % en rampas de tajos abiertos.

100 m

1%

20m

X

1 m

Ejemplo Hallar el declive ó altura para rampas de 20 m. de ancho y 1 % declive.a)Valor del declive en cms.b)El ángulo de elevaciónc)La relación

SOLUCIONa)Hallando el valor del declive en cm

100 m --------- 1 m.20 m ---------- XX = (20*1) / 100 = 2/10 = 0.2 m.X = 0.2 m = 20 cms.a) Hallando el ángulo de inclinación.Tan = 1/100 = 0.01= arc tan 0.01 = 0.5729387°= 0° 34' 22"b) La relación matemática será :

1%

1/100 = relación 1 : 100

DECLIVE

Ejemplo Se tiene un tajo abierto de 550 m de longitud, 200 m de ancho y 50 m de profundidad, las rampas de 30 m ancho y 12 % gradiente.Hallar la longitud total de desarrollo de la rampa.SOLUCION100 m de longitud --------- 12 m. de altura X ---------------------- 50 m de altura

X = (100*50) / 12 = 5000/12 = 416.6666 X = 417 m. longitud de rampa

Como longitud del tajo es 500 m entonces 417 m longitud de rampa entra en un solo lado del tajo, no es necesario hacer zigzag.

12% 12 m 100 m

LONGITUD TOTAL RAMPA

Es función de su pendiente o gradiente y la longitud del tajo..