ASESORIA, PROYECTOS Y PRODUCTOS INDUSTRIALES ING. UBALDO ALARCON SANTANA

INTRODUCCION AL DISEÑO DE BANCOS EN MINAS A CIELO ABIERTO

FIDEICOMISO DE FOMENTO MINERODELEGACION REGIONAL GUADALAJARA

JULIO DE 2003

CANTERAS, EXPLOTACION A CIELO ABIERTOLas canteras para la producción de calcita como las que se están explotando en el Ejido La Higuera y Buen País, pueden ser magníficos negocios, se ha probado en muy buenos momentos que han tenido, sin embargo, la falta de planeación y preparación de bancos, nos lleva a situaciones problemáticas donde la producción y la economía se ve estrangulada y lo que es peor, la seguridad de los trabajos se ve seriamente amenazada, por estar trabajando en un constante riesgo a la integridad personal de los trabajadores.

CONDICIONES DEL LUGAR DETRABAJOTodo lugar de trabajo debe proporcionar al trabajador o empleado, condiciones mínimas de confort y de seguridad para hacer mas llevaderos las cargas y problemas normales de trabajo, así como para propiciar un mejor ambiente y buenos rendimientos.Entre otras cosas importantes, es necesario que el trabajador sepa “que se quiere lograr” y “como se puede lograr” por lo tanto es necesario tener planes, proyectos y programas, plasmarlos en documentos y hacerlos del conocimiento de todos los que forman la empresa.

En minería y en particular en canteras, es vital tener un programa de trabajo por medio del cual, con base en la producción máxima anual que se quiere obtener, saber que tanto le vamos a avanzar a un banco de material y otras cosas tales como: que altura de bancos vamos a llevar, primero para que sea seguro, segundo para que sea trabajable y tercero para preparar caminos de acceso, acercar compresor, perforadoras, combustibles, lubricantes y explosivos. Para planear los bancos y hacer un camino que nos permita llevar una explotación en orden, necesitamos conocer la topografía del cerro, o sea su forma general como aparece ante nuestros ojos, pero también necesitamos saber como es la forma del yacimiento mineral.

Existen varias formas de yacimientos minerales, lo que equivocadamente le llamamos la veta, ya que no todos los yacimientos tienen forma de vetas, sabemos por tanto que hay mantos, masas sin forma definida y vetas. Hay yacimientos que tienen recubrimiento o encape de otro tipo de material que puede no ser de interés, por mala calidad o por ser lo que llamamos tepetate o sea material sin valor.Dependiendo tanto de la forma del cerro como de la forma del yacimiento mineral, así como sus características tanto de calidad como estructurales, es como se puede planear la forma en que se llevará a cabo la explotación, siendo el principal

problema la estabilidad del talud final del tajo.

Existen técnicas modernas para determinar la forma y medida de los cerros que nos lo da la topografía. Para explorar un yacimiento como una aplicación directa de la geología a través de exploración por obras directas como catas, zanjas, barrenos de diamante, etc. y en particular el análisis de la estructura del yacimiento para que apoyados con el estudio o interpretación de la mecánica de rocas, podamos resolver el problema más serio que es la estabilidad de los taludes.

Este problema de taludes se incrementa cuando el mineral presenta capas y estas pueden resbalar hacia las caras de la explotación.

PREPARACION E INICIO DE BANCOSExisten varios criterios para determinar la altura del banco de trabajo y su ubicación, lo importante es analizarlo bien y no ubicarlo donde sea aparentemente más fácil y rápido, porque esta solución trae consecuencias como dificultades para una explotación sostenida.El criterio más elemental para definir la altura de un banco, es que si este se derrumba, no tape al personal que está trabajando a pie del banco, o no tape la maquinaria con que se está rezagando o levantando el mineral. Con estos criterios podríamos decir que un banco trabajado a mano no debe ser mas alto que tres metros y no mayor de 6 metros si es rezagado con una máquina chica.

Hay otros aspectos técnicos y económicos que tomar en cuenta, como es el equipo de barrenación que se utilice, si son perforadoras manuales como la más ineficiente para producciones mayores de 100 toneladas por día, los bancos no debieran ser mayores de tres metros, aunque hay barrenas de 4 y hasta 6 metros, pero es problema tanto cambio de barras y el tiempo que implica. Si se trata de un track drill o perforadora sobre orugas pequeña, que maneja barras de 10 pies o sea 3 metros cada una , puede dar cómodamente barrenos 8.60 metros con tres barras, lo que dará un banco de 7.5 metros, hay quienes prefieren ocupar 4 barras que dan bancos de 10 metros de alto.

Por lo que respecta a la ubicación de los primeros bancos, es válido abrirlos donde sea fácil o cercano, o en donde ya se tiene desarrollado el camino, o que tenga menos encape, sin embargo, esta decisión debe ser temporal y aceptable solo si ya se tiene un proyecto general para la explotación completa del yacimiento, ya que el proyecto debe contemplar invariablemente realizar el banqueo desde la parte más alta que según el estudio geológico y económico, permita lograr el máximo aprovechamiento del yacimiento.En la preparación del banco hay que tomar en cuenta: que tenga acceso, que si tiene encape de material estéril, hay que retirarlo y que la primer barrenación pude no ser uniforme ya que se trata de tener un piso sensiblemente horizontal.

CURVAS DE NIVEL Y SECCIONESPara explicar más ampliamente la planeación y ubicación de bancos, revisaremos algunos conceptos de dibujo y representación esquemática de las figuras del cerro, yacimiento y bancos.Curvas de nivel son las líneas por medio de las cuales se representa en un papel plano el dibujo de las alturas o niveles de un cerro o una depresión.Por otro lado las secciones de cualquier figura que tenga un volumen, por ejemplo, el corte de un pastel de forma rectangular, donde la sección longitudinal es el corte que se hace a lo largo y la sección transversal es el corte que se hace a lo ancho.En las figuras 1 y 2 podemos observar la representación de curvas de nivel y secciones.

ROCAS ESTRATIFICADAS Y MASIVASLas rocas por su origen o por movimientos de la corteza terrestre, pueden adoptar la forma de estructuras estratificadas o masivas, por ejemplo las rocas sedimentarias que se formaron por depositación de sedimentos a través de los siglos en ambientes marinos o terrestres o bien rocas ígneas que por esfuerzos gigantescos son plegadas, tomando formas de gigantes olas con sus altos y bajos, suelen manifestar especie de capas, como se muestra en la siguiente figura:

Cuando no se identifican estratos o capas se dice que la roca es masiva, por lo tanto no tiene planos de deslizamiento, sin embargo, puede tener fallas, las cuales pueden ser solamente una fractura con o sin desplazamiento de las capas o fracturas rellenas de alguna mineralización posterior y en estos casos pueden causar un metamorfismo en el aspecto de las rocas al rededor de ellas, cambiando su composición o cristalización como es el caso precisamente del yacimiento de la higuera.Los conceptos anteriores, son sumamente importantes y deben tomarse en cuenta para el diseño de bancos de explotación de las rocas y para definir la ubicación de las frentes de ataque .

FRENTES DE ATAQUEIndependientemente de el nivel que estratégicamente se elija para abrir el primer banco de explotación de un yacimiento calcáreo (de calizas naturales o recristalizadas), es fundamental revisar el echado o inclinación de las capas, ya que si este es considerable y está a favor de la cara del corte, seguramente se tendrá una condición peligrosa.Existen cuatro posibilidades, las capas buzando hacia el frente de explotación, las capas sensiblemente horizontales, las capas sensiblemente verticales y las capas buzando hacia atrás del frente de explotación. La posición horizontal no influye prácticamente, en el talud del banco. La posición vertical, con talud vertical, presenta el riesgo de volteo.

ALTERNATIVAS DE CORTE SEGUN EL ECHADO O INCLINACION DE LAS CAPAS Con base en el diagrama siguiente se discute la condición y alternativas.

F

BANCO DESFAVORABLE

BANCO FAVORABLE

TALUD DE BANCOS Y TALUD GENERALCon los estudios geológicos de exploración se obtienen los datos para determinar con la mayor precisión posible el ángulo de estratificación o inclinación de las capas, lo cual puede variar en diferentes localidades del cerro a explotar.Talud es la inclinación que se le da a las caras de un banco, los cuales se deben calcular para cada caso, tomando en cuenta la inclinación de las capas o de las fallas que puedan existir.El talud de una frente de banco se puede variar simplemente dando la inclinación deseada con la barrenación, ángulo que puede ser hasta de 60 grados o más.

Por otro lado, la inclinación o talud general de la cantera o tajo se da con la amplitud del piso o berma, combinada con la altura de los bancos influyendo poco la inclinación particular de cada banco.

El talud general influye mayormente en la estabilidad del tajo, por lo que cuando es posible, debe tratarse que el talud o ángulo del tajo sea menor o igual al ángulo o echado de las capas, para evitar un posible deslizamiento de grandes proporciones.

La fallas pueden trabajar como la inclinación de las capas haciendo posible el deslizamiento de grandes bloques. No descuidar su análisis.

TALUD GENERAL DEL TAJO DE 40° CON CAPAS INCLINADAS 46° HACIA EL FRENTE DEL BANCO Y TALUDES DEL BANCO DE 60°.

CONDICION MENOS FAVORABLEOBLIGA A ACOSTAR LOS TALUDES PARA EVITAR EL RIESGO

40°

46°

60°

TALUD GENERAL DEL TAJO DE 65° A 75°, CON CAPAS INCLINADAS 40° HACIA DENTRO DEL BANCO Y TALUDES DEL BANCO HASTA DE 80° Y 85°.

CONDICION MAS FAVORABLEPERMITE ENDEREZARLOS TALUDES SIN RIESGO

65°

80°

40°

MATERIAL DE DESCAPOTE Y FACTOR DE ABUNDAMIENTOUn buen estudio geológico, apoyado en barrenación con recuperación de núcleo, nos permite conocer en que parte del cerro vamos a tener que explotar material que no es la materia de explotación por ser tepetate o material de calidad diferente al que nos interesa.Si tenemos esta condición, debemos analizar ampliamente las alternativas para colocar este tipo de material, sobre todo si es posible que en algún momento posterior se pueda utilizar, por lo tanto hay que buscar un sitio donde almacenarlo sin meterle mucho costo, pero a la vez debemos evitar que dicho material se tenga que remover para continuar la explotación por haberlo colocado en un lugar donde va a estorbar.

Para calcular el volumen de un material que se va a almacenar, debemos conocer el factor de abundamiento. Es decir, un material antes de removerse puede tener un volumen in situ, de 100 metros cúbicos y una vez removido va a ocupar un volumen de 130 metros cúbicos por los huecos que tiene todo material removido, esto puede variar un poco dependiendo fundamentalmente de el tamaño que se produzca con la voladura o el explosivo.Otro factor que hay que tomar en cuenta es que si el material se carga en un camión y se deposita en una ladera del cerro, las partículas mas gruesas van a rodar más lejos que las partículas finas, por lo tanto la extensión que ocupe el material será mayor que si se deposita en un lugar sensiblemente plano.

ALTURA MAXIMA DE UN BANCO DE EXPLOTACIONEl primer concepto que rige la altura de un banco de explotación es la capacidad del equipo con que se vaya a barrenar para la aplicación de explosivos.Es por lo tanto que si se tienen perforadoras de mano, además de que el rendimiento de la barrenación va a ser muy bajo y mucho el esfuerzo físico que se aplica, cuando se quiere tener producciones superiores a las 100 toneladas por día, la altura máxima de un banco será de 4 metros ya que incluyendo sub barrenación se requieren barrenas de 15 pies de largo y para poderla colocar se requiere hacer 5 cambios de barras, o sea cada 3 pies o 90 centímetros.

Pasando a equipos de barrenación superiores como puede ser un track drill o una rotaria, ya no es el factor limitante la capacidad de la perforadora, ya que estas máquinas pueden barrenar a profundidades de 15 o 30 metros, por lo que entran otros conceptos a regular la altura del banco.Por lo tanto el otro parámetro que utilizaremos es el de seguridad, bajo el concepto elemental de que si el rezagado se hace manualmente o con equipo muy pequeño, la altura teórica del banco no sería superior a los 3 metros y para rezagado con equipo mayor, la altura máxima será de 7 a 10 metros. En estos casos se estima que de ocurrir un derrumbe en la frente del banco no tape a la persona o al equipo de rezagado.

En la práctica es muy recomendable el uso de tres barras de 10 pies o 3 metros, para una barrenación que va a dar barrenos de 8.75 metros, menos la subbarrenación de 1 metro, da bancos efectivos de 7.5 metros.Otros conceptos limitantes de la altura lógica de un banco, son fundamentalmente estructurales o sea de estabilidad. Por ejemplo un banco de arena, difícilmente se mantiene razonablemente estable con alturas de 2.5 a 3 metros.Finalmente, analizaremos la eficiencia de la voladura, por los efectos del explosivo según la inclinación del barreno, como se puede ver en la figura número 3 anexa.

En la planeación general de un tajo de explotación por bancos, no puede faltar el trazo de los caminos de acceso, ya que es necesario acercar compresores y equipo, Luego transportar explosivos y lubricantes y finalmente debe llegar a la frente de ataque el equipo para carga y acarreo de productos de la explotación.Los caminos tienen tres condiciones principales que deben cumplir de acuerdo con el tamaño del equipo con que se va acarrear el mineral. La primer condición es la pendiente o inclinación del camino, donde sabemos que lo ideal es de 10 por ciento o sea que por cada 100 metros de avance se suba 10 metros, sin embargo es aceptable un 14 por ciento como pendiente general y en tramos muy pequeños, rectos y con buen piso, se puede llegar a tener hasta 18 por ciento.

Como segunda condición de los caminos es que se pueda trazar la curva adecuada para el tipo de vehículo de acarreo y de preferencia sensiblemente plana.Como tercera condición del camino es que su ancho sea suficiente para el cruce de dos vehículos o al menos que haya libramientos de ese ancho a no más de cada 50 metros.Un camino seguro, deberá tener cunetas para que el agua de lluvias no lo destruya fácilmente y además la señalización debe ser abundante y adecuada, indicando la velocidad máxima permitida, señalando las zonas de peligro así como de nula visibilidad donde se deberá sonar el claxon.

En todo proyecto de explotación de minerales, cuando se ha analizado con detalle el tamaño y orientación de los bancos, es fundamental calcular que el equipo con que se vaya a realizar el trabajo, para que este sea de capacidad adecuada al proyecto por el tamaño y volumen de materiales a remover, cargar y acarrear.El equipo básico para la explotación de minerales se compone de perforadora, cargador frontal y camiones, adicionalmente es recomendable tener equipo auxiliar como un tractor sobre orugas y un martillo hidráulico para reducir el tamaño de piedrones que se producen con la voladura, sin utilizar el moneo que representa un alto costo, por el tiempo de barrenación, el explosivo utilizado y el primacord con que se conecta, además de la inseguridad que esto representa.

Al terminar la explotación de un tajo, los taludes o paredes finales que ya no se van a tocar, es necesario mejorar la estabilidad de los taludes y reducir la caída de rocas, se utiliza la voladura de precorte con pequeñas cargas explosivas con barrenos espaciados a distancias cortas. La líneas de precorte son disparadas un corto tiempo antes que las líneas de producción, para provocar un plano de fracturamiento en el cual las ondas de la explosión se reflejarán o disminuirán su intensidad.En algunos casos se utiliza una línea más de barrenos de amortiguamiento, con un bordo más pequeño y un 70 por ciento de la carga explosiva normal.FIN.