DISEO DE MINAS A CIELO ABIERTO

Parmetros de la Explotacin por Rajo Abierto

La secuencia de trabajo en una corta viene definida por la sucesiva y reiterativa apertura y formacin de los bancos o niveles de trabajo descendentes hasta alcanzar la profundidad final calculada y en la conexin planificada entre los bancos mediante unas rampas con una pendiente ms o menos constante.

La existencia de mineral en el ltimo banco planeado de la explotacin impide el depsito del estril en el fondo de la mina o sea en el propio hueco, ya que en su da podra ser tambin econmicamente explotable. Lo cual no quiere decir que no pueda ser realizado el relleno del hueco al cabo de cierto tiempo o por la separacin de mdulos espaciales.

La determinacin del talud final e incluso de los parciales en algunas zonas de la mina, constituye un gran problema que debe resolverse previamente para poder establecer la altura crtica de la explotacin, y con ello el fondo final, que viene definido fundamentalmente por la relacin de estril a mineral que el precio de venta del mineral es capaz de pagar. Este ratio lmite econmico es el llamado Break-even Stripping ratio y viene definido por la frmula:

Se denomina ratio, E/M, a la relacin entre el estril a mover, E, necesario para descubrir y poder arrancar M toneladas de mineral. El concepto de ratio, al ser temporal y espacial, es un elemento de la planificacin tcnica y no una herramienta de carcter econmico.

Existen, pues, algunos otros conceptos ratio adems del ya mencionado ratio lmite econmico, como son:

Ratio inicial:Desmonte mnimo necesario para descubrir las toneladas iniciales necesarias para mantener el ritmo anual, que en lgica es infinito, pero que se calcula en base a las toneladas descubiertas al iniciar la mina.

Ratio anual:Desmonte preciso o programado para un perodo de un ao con objeto de mantener el ritmo de extraccin en los aos posteriores.

Ratio final:Es aquel que comprende todo el perodo fijado para la vida del proyecto considerado.

Se denomina histograma de ratios a la curva real de los volmenes de estriles E(m3) y de las toneladas M(t) extradas a lo largo de la vida de la mina. Constituye un valioso control del avance o del retroceso con relacin al proyecto o plan preestablecido.

En funcin de los ratios iniciales y de los lmites, se debe establecer la altura crtica de la explotacin y con ello el fondo de la mina, que es la base fundamental para establecer los programas anuales de trabajo y marca la posibilidad de una cierta restauracin o rehabilitacin de la zona afectada por la minera.

Histograma de ratio real y de proyecto

Otros parmetros de importante peso, en el diseo de las operaciones mineras por el mtodo de corta, son las magnitudes geomtricas de los bancos y en especial su altura, que debe tratar de permanecer constante a lo largo de los sucesivos niveles y que contribuye a determinar la adecuada seleccin de la maquinaria. Tambin la anchura de trabajo determina la holgura operacional, base de un trabajo cmodo y ms econmico, as como la longitud y nmero de los bancos abiertos en operacin.

SECUENCIA DE ATAQUE O FRENTE DE EXPLOTACIN

Dentro del mtodo convencional de explotacin por un banqueo descendente o corta, puede efectuarse el ataque o secuencia de avance en tres direcciones, principalmente en el caso de los yacimientos de los minerales sedimentarios con una morfologa longitudinal y alargada, aunque es vlido para cualquier tipo, pues siempre existe una direccin preferente y de mayor longitud (Determinar la elipse de las direcciones en los yacimientos de carbones, fosfatos, filones metlicos, etc). Estas secuencias de avance son:

Explotacioneslongitudinales(paralelasal rumbo).

Explotacionestransversales(normalesal rumbo).

Explotaciones diagonales o mixtas (en ngulo con l).

EXPLOTACIN LONGITUDINAL

Este tipo de secuencia o avance de la explotacin consiste en llevar la operacin de arranque en unos bancos paralelos a la direccin de las capas o de los filones.

El desmonte se debe iniciar en las cotas superiores del yacimiento, atacando en toda su longitud y progresando de techo a muro del paquete mineralizado. Una vez que el banco superior haya avanzado una distancia que se estimar como suficiente, se puede iniciar el arranque en un nuevo segundo banco, a una cota inferior, progresando igualmente de techo a muro, y as sucesivamente hasta llegar al fondo proyectado de la corta.

Explotacin longitudinal con frente rectilneo

Una variante que se emplea en algunas ocasiones, consiste en dividir la longitud total del frente de cada banco, en mdulos, realizndose la excavacin en cada uno de estos de una forma desfasada en el espacio. As pues, en el primer banco se inicia la explotacin de un segundo modulo simultneamente con el arranque del primer modulo del segundo banco. De esta forma el frente global de trabajo est constituido por tantos frentes parciales como bancos existan, es decir para dos bancos, dos frentes ( B + B1), para tres bancos, tres frentes (C + C1+ C2) etc.,

Perfil transversal de una explotacin longitudinal

Explotacin longitudinal con frente escalonado

cuya disposicin espacial resulta de forma escalonada. Este sistema, permite en algunos casos tener un mayor margen de flexibilidad para regularizar los ratios parciales de la explotacin, y al mismo tiempo lograr una homogeneizacin o una mezcla de las calidades del mineral en la propia mina por proceder de varias capas o filones de distintos niveles. Las principales ventajas de esta forma de ataque son:

Rpido acceso al mineral en varios frentes o capas, con un menor desmonte inicial.

Facilidad para abrir frentes largos, lo que podr dar una produccin de mineral ms flexible para as responder a las variaciones de la demanda.

Posibilidad de trabajar en un gran nmero de bancos.

Las mayores desventajas de esta solucin, son:

Los taludes finales sern poco seguros porque una vez acabadostendrn que permanecer abiertos hasta el final dela explotacin.

Las variaciones en la produccin de mineral dependern de las potencias de las capas y de las dimensiones relativas de las intercapas o intercalaciones de estril entre capas.

Mayor dificultad en la ejecucin de la mezcla de minerales para lograr un control homogneo de la calidad, aunque menor en el caso de utilizar la variante.

Imposibilidad de empezar a rellenar el hueco final de la explotacin en una primera etapa, lo que har ms problemtica la ejecucin de la restauracin final del terreno minado.

Planta en explotacin longitudinal recta o escalonada

Como se observa en la figura adjunta, la perforacin y voladura, cuando es necesaria, se tiene que llevar vertical o aun mejor, inclinada hasta casi la vertical del pie de la capa o filn y el ltimo volumen de estril con una forma de prisma triangular, se tendr que arrancar bien con:

Perforacin inclinada lo ms paralela posible a la inclinacin de la capa o filn y posterior voladura.

Con la misma excavadora, si la resistencia remanente de la roca lo permite.

Ripado con un tractor con potencia y escarificador adecuados o con una Retroexcavadora con un fuerte diente acoplado.

EXPLOTACIONES TRANSVERSALES

Esta secuencia comienza en un extremo del banco ms alto y debe avanzar a lo largo del rumbo de la formacin. La cara de trabajo es normal a este y se extiende a todo lo ancho del banco desde el talud de techo al talud de muro. Cuando se haya avanzado una longitud lo suficiente como para permitir la operacin y la movilidad del trabajo de los equipos mineros, se comienza el segundo banco avanzando en l simultnea y paralelamente al anterior. As se profundiza sucesivamente hasta el fondo de corta proyectado.

Como es natural, aunque el avance de la mina es, en verdad, transversal, el arranque del mineral se debe realizar siempre de techo a muro, siendo as ms fcil su limpieza y selectividad, reducindose la dilucin que se producira si el arranque se efectuara normal al buzamiento.

Secuencia de una explotacin transversal de capas u horizontes

Las ventajas de esta secuencia de ataque son:

Permite el relleno del hueco producido y por tanto la pronta restauracin del terreno, muy prximo al arranque del mineral.

La estabilidad de los taludes es un problema menor, pues se protege realizando rpidamente el relleno del hueco producido.

Proporciona unos frentes ms largos que en la secuencia del ataque por explotacin transversal, lo cual es una ventaja cuando se tengan que disear e incluir las rampas.

Existe la posibilidad de efectuar unas mezclas de mineral, mejorando la homogeneidad del producto minero.

La nica desventaja prctica es que se retrasa el momento de efectuar el relleno, con respecto a la secuencia anterior.

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EXPLOTACIONES EN DIAGONAL O MIXTA

Como solucin intermedia que intenta conseguir las ventajas de cada secuencia y disminuir los inconvenientes, est la secuencia o avance en diagonal, que tiene ms de trasversal que de longitudinal pero que aumenta notablemente la

superficie o longitud de banco abierto y un ataque a la capa, filn u horizonte mineralizado ms claro y con ello disminuye la dilucin o separacin entre el mineral y el estril.

Secuencia de explotacin diagonal o mixta

Esquema de explotacin con rellenado en una explotacin diagonal y transversal

Mdulo de transferencia en la explotacin de carbn de Corta Alloza en Teruel.

Corta de carbn con autorrelleno del hueco creado

PARMETROS GEOMTRICOS DE UNA MINA A CIELO ABIERTO.

Dentro de las actividades permanentes en una explotacin minera se encuentra la construccin o habilitacin de accesos.

En un rajo abierto (y tambin en una cantera), se requiere ir coordinando la ejecucin de las actividades productivas diarias con la ejecucin de las actividades que dicen relacin con esta construccin de accesos, las cuales tendrn que satisfacer las siguientes restricciones:

1. Debe permitir el acceso libre y seguro a la zona determinada.2. Debe permitir el acceso a tiempo a la zona determinada, de acuerdo al programa de produccin.3. Debe cumplir con las restricciones geomtricas de los equipos y las actividades.4. Debe cumplir con las restricciones geomecnicas del sector.5. Debe permitir la extraccin de todo el material relacionado con el sector.6. Debe permitir la realizacin de actividades paralelas en completa seguridad. Como vemos no es tan sencillo acceder a un sector, especialmente en condiciones en que se realizan variadas actividades en el mismo sector (trnsito de vehculos, equipos operando, etc.), por lo que dicha tarea deber programarse de tal modo de que se genere el menor impacto negativo en el resto de la operacin, considerando que es una actividad clave dentro de la operacin misma.

Dentro de esta actividad participan los equipos de servicios mina, aunque a veces se requiere de la participacin de los equipos productivos (perforacin, tronadura, carguo y transporte) para realizar movimientos especficos de materiales.

Como hemos dicho en el punto 3 y 4, la construccin los accesos deber cumplir con restricciones geomtricas y geomecnicas, de modo de garantizar que los equipos que por ellos circulen lo hagan en condiciones adecuadas a su operacin, evitando el deterioro prematuro de los equipos y los accidentes. En lo que respecta a la geomecnica podemos mencionar que los accesos habilitados debern regirse por las restricciones geomecnicas de la mina, ya que deben estar exentos de cualquier riesgo de inestabilidad.

Dentro de la geometra de los accesos podemos destacar: Ancho de Bermas. Ancho de Cunetas. Pendiente. ngulo de la pared del camino (corte o relleno).

Otros parmetros geomtricos a considerar dentro del diseo de una mina son: Ancho mximo de expansin. Desfase entre palas. Ancho mnimo de operacin (Perforacin, Carguo y Transporte). Cruce de Camiones o doble va. ngulo Overall. ngulo inter rampas. ngulo de la pared del banco.

Para la explotacin de un rajo abierto se puede observar que los accesos (rampas o accesos especficos) se visualizan de la siguiente manera:

En cambio en una explotacin tipo cantera se tiene lo siguiente:

En puntos especficos, donde se requiere acceder a ms de un banco, el acceso deber cumplir con la siguiente configuracin para lograr su objetivo:BANCO X+1BANCO XBANCO X-1

Para el diseo de una rampa debemos considerar los siguientes datos, tomando en cuenta que una rampa se compone de varios tramos que no necesariamente tendrn las mismas caractersticas:

Pi= Pendiente del tramo i (%).Ci+1 - Ci = Diferencia de Cota del tramo i (metros).Ai= Ancho del tramo i (metros).Ri= Radios de Curvatura en el tramo i (metros).Lri= Longitud real del tramo i (metros), es la que deben recorrer los equipos.Lai= Longitud aparente del tramo i (metros), es la que se ve en el plano.

La pendiente, el ancho y los radios de curvatura de cada tramo deben ser tal que los equipos que circulen por la rampa puedan alcanzar sus rendimientos productivos sin sufrir deterioros en su funcionamiento o estructura ni riesgos en la operacin.La diferencia de cota de cada tramo por lo general resulta de la diferencia de cota de un banco y el siguiente, es decir la altura de bancos, a menos que se trate de un banco sin pendiente en el cual la diferencia de cota es cero.

COTA I+1

Tramo i

ALTURA DE

COTA I

LONGITUD

Pi = (Ci+1 - Ci) x 100Lai

LONGITUD

= arctg (Ci+1 - Ci) = arctg (Pi /100)Lai

Longitud real = Longitud aparente * tg ()Lri = Lai * tg (i)

La longitud final de la rampa resultar de la suma de las longitudes reales de todos los tramos.LrTOTAL = Lri

Radios de Curvatura en pendiente y su componente plana:

Radio de Curvatura de diseo (externo)

Radio de Curvatura real (externo)

Radio de Curvatura de diseo (interno)

Radio de Curvatura real (interno)

En una vista en planta se puede apreciar el rajo con sus rampas y accesos de la siguiente forma:

La materializacin de la rampa en el diseo de un rajo puede realizarse:a) Desde abajo hacia arriba, es decir tomando como punto de partida la pata del banco ms profundo, lo que generara una extraccin extra de material al ampliarse el rajo o ensancharse ms los bancos superiores (Corte).b) Desde arriba hacia abajo, es decir tomando como punto de partida la pata del banco ms alto, lo que producira un achicamiento del ltimo banco, es decir puede que queden bloques sin extraer o hasta uno o ms bancos sin explotar (Relleno).c) Tomando como referencia un banco intermedio, lo cual producira un achicamiento menor en los ltimos bancos y un ensanchamiento menor en los bancos superiores (Mixto).

En el ltimo caso se puede adoptar algn criterio como elegir el banco con mayor aporte de fino al proyecto, o el que permita maximizar el flujo final del proyecto, etc.

Debemos considerar que para la construccin de las rampas y los accesos, debemos respetar las restricciones tcnicas y fsicas de la explotacin, es decir definir bien los lugares en que se realizarn dichos accesos, donde no exista peligro de inestabilidad, entorpecimiento de la operacin, etc., ya que no podemos arriesgarnos a que por algn siniestro geomecnico quede nuestra mina aislada con compromiso de prdida de equipos, produccin y lo ms importante vidas humanas.

Las diferentes formas de generar los accesos se pueden esquematizar de la siguiente forma:

EN CORTEBanco de Referencia

Ensanchamiento del pit

BANCO DE REFERENCIA

EN RELLENO

Angostamiento en el fondo del pit

MIXTOBANCO DE REFERENCIA

Ensanchamiento del pitAngostamiento en el fondo del pit

PISTAS, BERMAS, ZANJAS Y CUNETAS:

Zanja

Berma o Cuneta hacia el banco

Pista

Distancia de Seguridad

Berma o Cuneta hacia el rajo

Altura de cuneta

La zanja se construye con el fin de canalizar las aguas de drenaje. Al no canalizar dichas aguas se corre el riesgo de que estas daen y corten los caminos. Las zanjas por lo general tienen un ancho de 1 metro por una profundidad de 50 centmetros, lo cual depender de las condiciones de drenaje de la zona (lluvias, escurrimientos superficiales o subterrneos).

Las cunetas tienen por objetivo detener o contener a los vehculos en caso de emergencia, por ello la cuneta que est hacia el rajo tendr que ser ms alta de modo que pueda detener efectivamente a cualquier vehculo en una emergencia sin que caiga. Comnmente se utiliza como altura de cuneta hacia el rajo la mitad del dimetro de las ruedas en los equipos que transitan en el camino (camiones). Lo ideal es definir la altura considerando la pendiente del tramo, la resistencia a la rodadura, el tamao de los equipos y en lo posible tener de referencia una prueba emprica de la situacin.

La distancia de seguridad considera el efecto visual que se produce al conducir un equipo de gran altura, lo cual hace que el conductor perciba los objetos a una distancia menor de la que en realidad se encuentran. Esta distancia de seguridad deber ser mayor a dicha distancia de percepcin.

PISTAS PARA CRUCE DE CAMIONES O DOBLE VA:

ZanjaBerma oCuneta hacia el bancoPistasPistasBerma oCuneta hacia el rajoDistanciade Seguridad

BERMAS DE SEGURIDAD O CONTENCIN:

Berma de seguridad ocontencin de derrames

Las bermas de seguridad o para la contencin de derrames, se disean en funcin de la probabilidad de que ocurra algn siniestro geomecnico, como el desplazamiento de una cua o volcamiento de roca (segn sea el caso o la situacin geomecnica), por lo que ser de mucha importancia realizar un buen estudio de dicha probabilidad, ya que el ngulo de talud final de la zona estudiada depende de la longitud de berma recomendada.

Debemos recordar que el ancho de bermas no necesariamente ser uno en todo el rajo, sino que depender de las condiciones y caractersticas geomecnicas de cada sector.

ANCHO MNIMO DE OPERACIN (PERFORACIN, CARGUO Y TRANSPORTE):

Para la perforacin podemos notar que el ancho mnimo de operacin est dado por el rea sometida a la perforacin ms un ancho necesario para el trnsito de los equipos ligados a la tarea de perforacin y tronadura. Por lo general esta rea es cubierta o satisfecha por los otros parmetros geomtricos (por ejemplo el ancho mnimo de carguo).Espacio Suficiente para laoperacin

Para el carguo se define el ancho mnimo de carguo como:

Ancho mnimo de Carguo = BS + DS + 0.5 x Ac + 2 x RGc + 0.5 x Ac + DS + DD Ancho mnimo de Carguo = BS + 2 x DS + Ac + 2 x RGc + DD

BS=Baranda de seguridad.

AcDS==Ancho del camin.Distancia de Seguridad.

RGc=Radio de Giro del equipo de carguo o radio mnimo de operacin.

DD=Derrames.

ACRGCDDDSDSBS

Debemos considerar que para cada caso habr que calcular el rea necesaria para que operen los equipos.

Para el transporte el rea mnima de operacin corresponde al rea en que el camin puede realizar sus maniobras sin problemas y en forma segura. Esta rea requiere disponer de las dimensiones fsicas de operacin del equipo.