FUNDAMENTOS DE MINERIA A CIELO ABIERTO TECNICO PROFESIONAL EN MINERIA A CIELO ABIERTO

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1 REGIONAL BOYACA FUNDAMENTOS DE MINERIA A CIELO ABIERTO TECNICO PROFESIONAL EN MINERIA A CIELO ABIERTO SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA CENTRO NACIONAL MINERO 2001

2 SENA - CENTRO NACIONAL MINERO MODULO I FUNDAMENTOS DE MINERIA A CIELO ABIERTO 1. INTRODUCCION 1.1 Importancia de la minería en el desarrollo de la humanidad La minería es una de las actividades mas antiguas de la humanidad. Casi desde el principio de la edad de piedra, hace 2.5 millones de años o más, ha venido siendo la principal fuente de materiales para la fabricación de herramientas. Puede decirse que la minería surgió cuando los predecesores de los seres humanos empezaron a recuperar determinados tipos de rocas para tallarlas y fabricar herramientas. Al principio la minería implicaba simplemente la actividad, muy rudimentaria de desenterrar el sílex u otras rocas. Todos los materiales empleados por la sociedad moderna han sido obtenidos mediante minería, o necesitan productos mineros para su fabricación. Puede decirse que si un material no precede de una planta, entonces es que se obtiene de la tierra. Incluso las otras actividades del sector primario - agricultura, pesca, y silvicultura - no podrían llevarse a cabo sin herramientas y máquinas fabricadas con los productos de las minas. Cabe argumentar por ello que la minería es la industria más elemental de la civilización humana. La minería siempre implica la extracción física de materiales de la corteza terrestre, con frecuencia en grandes cantidades para recuperar solo pequeños volúmenes del producto deseado. Por eso resulta imposible que la minería no afecte al medio ambiente, al menos en la zona de mina. Por lo general, la minería tiene como fin obtener minerales o combustibles. Un mineral puede definirse como una sustancia de origen natural con una composición química definida y unas propiedades predecibles y constantes. Los combustibles más importantes son los hidrocarburos sólidos que por lo general no se definen como minerales. Un recurso mineral es un volumen de la corteza terrestre con una concentración anormalmente elevada de un mineral o combustible determinado. Se convierte en reserva si dicho mineral, o su contenido (por ejemplo un metal), puede recuperarse mediante la tecnología del momento con un coste que permita una rentabilidad razonable de la inversión en la mina.

3 La minería de superficie es el sector más amplio de la minería, y se emplea para más del 60% de los materiales extraídos. Puede emplearse para cualquier material. Los distintos tipos de mina de superficie tienen diferentes nombres, y por lo general suelen estar asociados a determinados materiales extraidos. Las minas de cielo abierto suelen ser de metales; y en las explotaciones descubiertas suele extraerse carbón; las canteras suelen dedicarse a las extracciones de materiales industriales y de construcción y en las minas de placer suelen obtenerse minerales y metales pesados ( con frecuencia oro, pero también platino, estaño y otros minerales pesados). 1.3 Minería a Cielo abierto a Nivel mundial El carbón se encuentra en casi todas las regiones del mundo, pero en la actualidad los únicos depósitos de importancia comercial están en Europa, Asia, Australia y América del Norte. Las estimaciones de las reservas mundiales de carbón son muy variadas. Según el Consejo Mundial de Energía, las reservas recuperables de antracita, carbón bituminoso y subbituminoso ascendían a finales de la década de 1980 a más de 1.2 billones de toneladas.de ese carbón recuperable, China tenia alrededor del 43%, Estados Unidos el 17%, la Unión Soviética el 12% Surafrica el 5% y Australia el 4%. Producción de Carbón La producción mundial de carbón en 1994 refleja la crisis de la minería en la Unión Europea ( la producción bajó un 17,4%) y en Rusia (decayó en un 6.2%).En cambio se produjo un dinamismo en la industria carbonífera de Estados Unidos, China, India, Colombia y Australia entre otros. Producción de Oro La obtención de oro data de las culturas Etrusca, Minoica y Egipcia, cuando los placeres de oro precedían de arenas y gravas aluviales, y se extraía por el simple proceso de lavado con batea. El oro se obtenía de esta forma en India, Asia central, el sur de los montes Urales y el las regiones del este del Mediterráneo En el siglo XVI, el valor de las reservas de oro en Europa apenas alcanzaba la cifra de 225 millones de dólares. Con el descubrimiento de América, y hasta comienzos del siglo XIX, la producción mundial de oro alcanzó unos Kg. América del Sur y México se convirtieron en ese periodo en grandes productores de oro. En la actualidad Surafrica es el mayor proveedor mundial de oro, con una producción anual que ronda las 700 toneladas métricas. Sus minas más importantes se encuentran en Witwatersrand. Hay otros 70 países que producen oro en cantidades comerciales, pero alrededor del 80% de la producción mundial

4 proviene de Surafrica y la antigua URSS, que son los grandes productores, y en menor medida, Estados Unidos, Australia, Canadá, China y Brasil. Otros países con producción notable, aunque inferior, son : México, Chile, Colombia y Filipinas. Producción de Cobre El Cobre ocupa el lugar 25 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Frecuentemente se encuentra agregado con otros metales como el oro, plata,bismuto y plomo, apareciendo en pequeñas partículas en rocas El cobre se encuentra por todo el mundo en lava basáltica, localizándose el mayor deposito conocido en la cordillera de os Andes en Chile, bajo la forma de pórfido. Este país posee aproximadamente el 25% de las reservas mundiales conocidas de cobre y a comienzos de 1980 se convirtió en el primer país productor de este mineral. Los principales yacimientos se localizan en Chuquicamata, Andina, El salvador y El Teniente 2. TERMINOLOGIA MINERA A CIELO ABIERTO 2.1 TERMINOLOGIA GEOLOGICA Antes de considerar los procesos de extracción es importante entender la terminología geológica usada en la descripción de los yacimientos minerales. Los depósitos minerales en sentido amplio caen dentro de tres categorías. Igneos. Depósitos de origen primario que se depositaron por procesos magnéticos ej. Hierro,cobre,cromo y Níquel. Sedimentarios: Depósitos de origen secundario que resultan de la depositación de los primarios erodados y posiblemente concentrados. Je: depósitos aluviales, fosfato, hierro, caolín, carbón. Metamórficos: Depósitos de origen ígneo o sedimentario, los cuales han experimentado una alteración posterior debida a la presión y/o calor. Je: Hierro, cobre, y asbestos. Un deposito mineral se puede definir como un mineral de valor económico bajo un conjunto de condiciones. La ganga o roca estéril es un material que no tiene ningún valor bajo las mismas condiciones. El grado de un deposito mineral es el porcentaje de mineral de valor económico dentro de este mineral: El minado del mineral por el método de minería de superficie podría clasificarse dentro de los depósitos masivos, depósitos en lechos y depósitos aluviales.

5 Los depósitos masivos son grandes depósitos de minerales diseminados, pueden tener una estructura definido una forma irregular. Los depósitos en capas o estratos resultan del proceso y deposición sedimentaria sobre una gran área. Estos depósitos en capas pueden ser inclinados u horizontales dependiendo de los movimientos geológicos dentro del área. Un deposito en bancos puede estar sujeto a un metamorfismo o alteración después de la deposición como es común en los depósitos de hierro. Los depósitos aluviales resultan de la erosión concentración y deposición de minerales primarios. La concentración y deposición es normalmente un proceso diferencial con minerales pesados tales como: oro, magnetita,cromo, etc., siendo depositados más ceca a los materiales mas livianos que son depositados mas lejos. De esta manera, los depósitos de grado mas alto conocidos como arenas minerales o depósitos de placer se pueden formar. Algunos términos geológicos relevantes para este curso son: EXPLORACION: Prospección, perforación de diamante o cualquier otro trabajo desarrollado en la búsqueda y determinación de las reservas y forma de un yacimiento. MINERAL: Sustancia homogénea natural que tiene propiedades físicas y composición química definida y formado bajo condiciones físicas favorables con una estructura cristalina definida. ANTICLINAL : Pliegue convexo de estratos levantados en forma de silla o de bóveda alargada, de manera que forman dos pendientes contrapuestas, el plano cóncavo se denomina sinclinal. PLANO DEL ESTRATO: Es el plano de separación entre capas individuales y la roca sedimentaria. ROCA DE CAPA: Un material sólido o no consolidado que esta depositado encima del yacimiento. BUZAMIENTO: Sentido en que se inclina una capa o filón. DIQUE: Una masa en forma de pared constituida de rocas ígneas que llena una fisura en la roca preexistente. LIMITES ECONOMICOS DE MINERAL: La extensión o porción de un deposito de mineral que puede ser minado con ganancia.

6 FALLA: Fractura a lo largo de una roca, en la cual, el desplazamiento de uno de los lados es relativo al otro tomando un lugar paralelo a la fractura. El falseamiento puede ser causado por compresión, tensión o torsión y es posible que sea asociado con la mineralización. GRADO: Es la clasificación del mineral de acuerdo con su pureza o su contenido de metal deseado o material. AGUAS SUBTERRANEAS: Agua que se presenta dentro de la masa rocosa por debajo de los acuíferos. ROCAS ENCAJANTES: Formaciones rocosas en las que se presenta él depositan mineral. MINERALIZACION: Los procesos tienen lugar en la corteza terrestre resultando una concentración local o acumulación de minerales útiles. DEPOSITO DE MINERAL: Es una masa de roca o de mineral, la cual, es de tal grado y en tal cantidad que puede ser explotada rentablemente. SOBRECAPA O MATERIAL ESTERIL: ( Overburden) Suelo despoblado, roca o material estéril que yace encima y se puede remover para tener acceso al material de grado minable. ANGULO DE INCLINACION: Angulo entre el eje del deposito mineral y la proyección horizontal. Se mide en un plano vertical. RUMBO: Es la dirección en la que un deposito mineral corre perpendicular a la máxima profundidad. SINCLINAL: Parte cóncava de un pliegue, plegamiento hacia debajo de la roca. DICORDANCIA: Es el rompimiento de una secuencia estratigrafica en la que el estrato mas joven reposa sobre uno más viejo el cual no le precede inmediatamente en la sucesión geológica. FILON: Vena muy rica en mineral. Zona de fisuras aproximadamente paralelas, irregularmente conectadas o esparcidas sobre una anchura considerable y rellenas de mena y roca parcialmente reemplazante MAGMA : Material fundido bajo la tierra a partir del cual se han formado las rocas ígneas MENA: Una mezcla de minerales y ganga de los cuales cada uno de los metales puede ser extraído como utilidad.

7 PLACER: Depósito aluvial de arena y grava que contiene minerales valiosos como oro, platino 2.2 TERMINOLOGIA MINERA

8 BANCO: Se puede definir como un saliente o borde que forma un solo nivel de operación sobre el cual el material, mineral o estéril se minan retrocediendo del borde hasta la cara del banco. EL mineral o estéril se remueve en capas sucesivas, cada una de las cuales es un banco. Varios bancos pueden estar en operación simultanea mente y en diferentes partes y a diferentes elevaciones. TALUD DEL BANCO: Es el ángulo medido en grados entre la horizontal y una línea imaginaria que une él píe del banco con la cresta del mismo. ALTURA DEL BANCO: Es la distancia vertical entre el punto mas alto del banco y él píe del banco. La altura del banco es normalmente dada por las especificaciones de la maquinaria o de operación tales como: Perforadoras, palas, y normas oficiales. LIMITE DE LA EXPLOTACION: Son las extensiones verticales y laterales en las cuales la mina a cielo abierto puede ser económicamente explotable. El costo de la remoción de la sobrecapa o material estéril contra el valor minable del mineral es por lo general el primer factor que controla él limite de minería.

9 Para elevar la estabilidad de la pendiente dentro de la mina y por diferentes razones de seguridad se deben construir bermas BERMA: La elevación del banco coincide con un contorno tal que no toca ninguna de las paredes de la mina. La pared rocosa o limite del mineral sobre el lado más bajo de un deposito mineral excavado se toma como la pared del fondo. Es el piso en los depósitos de los estratos. El limite de mineral o la pared rocosa sobre el lado más alto de un deposito de mineral excavado se refiere tal como la pared colgante. BOTADERO: Sitio para colocar pilas o montón de rocas o de minerales en superficie, o bajo tierra, antes de ser transportados fuera de la mina. DESCAPOTE: Remover el estéril encima de un yacimiento, en una explotación a cielo abierto. ESCOMBRO: Mineral o roca que ha sido rota por la voladura. 3. TIPOS DE YACIMIENTOS EXPLOTABLES Los depósitos de minerales explotables pueden presentar condiciones naturales muy variadas. Las clasificaciones de los yacimientos, desde el punto de vista de su explotación, se realizan, comúnmente, atendiendo a diferentes criterios, entre los que cabe destacar los que se describen a continuación Por su forma a) Isométricos: Los que se extienden más o menos en todas las direcciones por igual, por ejemplo los depósitos masivos. b) Estratificados y filonianos. Aquellos que se presentan siguiendo dos direcciones preferentes y albergan con tonelaje relativamente pequeño. c) Columnares o cilíndricos. Los que se extienden en una sola dirección. d) Intermedios o mixtos. Que combinan características de dos o más de los grupos anteriores, debido a su propia génesis o a la tectónica que los ha dislocado o replegado. La morfología de los yacimientos marca acusadamente la geometría final de las explotaciones, la secuencia de extracción y el método minero más adecuado.

10 3.2. Por el relieve del terreno original a) Horizontales o planos. Cuando la superficie es relativamente llana u horizontal. b) En ladera. Pueden ser a favor de talud o contra talud, según la disposición de las masas mineralizadas. c) Montañosos. El terreno es irregular y presenta importantes accidentes topográficos. d) Submarinos o subacuáticos. Si están cubiertos por una lamina de agua. La geometría del terreno determina, en cierta medida, el método de explotación y la aplicabilidad de medios mecánicos para llevar a cabo la extracción de los distintos materiales Por su proximidad a la superficie a) Superficiales. Cuando no existe material de recubrimiento o éste presenta un espesor inferior a los 20 o 30 m b) Profundos. Localizados a profundidades mayores, entre los 40 y los 250 m c) Variables. Aquellos en los que una parte es económicamente explotable a cielo abierto y el resto por minería subterránea al ir desarrollándose con detenimiento. La posición de un yacimiento puede ser, con respecto a la superficie, regular o irregular, no pudiendo clasificarse en algunos casos en un único grupo de los indicados, al compartir características propias de varios grupos. La posición relativa de un yacimiento determina el tamaño de la explotación, tanto en planta como con detenimiento, y los sistemas aplicables, especialmente en cuanto a medios de transporte se refiere Por la inclinación a) Horizontales. Con ángulos que pueden variar desde los 0 hasta los 10 ó 15 grados sobre el plano horizontal. b) Tumbados. Con ángulos entre grados hasta los grados c) Inclinados. Aquellos cuyos ángulos superan los y llegan hasta los 70 grados d) Verticales. Con ángulos comprendidos entre los 70 y 90 grados.

11 El ángulo que presentan las masas mineralizadas, además de condicionar la elección del método de explotación, afecta de forma importante a las relaciones de estéril mineral y, consecuentemente, a la economía de las operaciones a cielo abierto, así como a la probabilidad de rellenar los huecos creados en yacimientos alargados para proceder a la recuperación de los terrenos Por la complejidad o numero de mineralizaciones a) Simples. Se caracterizan por una estructura homogénea sin presencia de otros niveles mineralizadores o inclusiones. b) Complejos. Pueden contener, junto con minerales de altas leyes, masas de mineral pobres o esterilizadas con unos contactos claros. En tales casos la explotación se realiza de forma selectiva para evitar la perdida o dilución del mineral aprovechable. También se incluyen, dentro de este grupo, aquellos depósitos con diferentes masas o niveles mineralizados que obligan a una explotación más compleja, aún cuando los contactos con el estéril sean nítidos Por la distribución de la calidad del mineral en el yacimiento a) Uniformes. Cuando la calidad o ley del mineral es la misma dentro de los limites del yacimiento. En este caso la explotación se lleva a cabo con uno o varios frentes, pero sin proceder a la mezcla de los minerales extraídos. b) No uniformes. Cuando la mineralización presenta calidades distintas en alguna dirección en planta o en profundidad dentro del deposito. En estos casos se suele efectuar la extracción simultanea en varias zonas, para proceder a la mezcla y homogeneización de los minerales extraídos Por el tipo de roca dominante. a) El recubrimiento de estéril y el mineral son rocas compactas metamórficas o ígneas b) El recubrimiento está constituido por rocas no homogéneas con alternancia de estériles blandos y duros, ígneas o metamórficas, y el mineral e intrusiones de estériles son rocas compactas o meteorizadas y también de origen ígneo o metamórfico. c) Las rocas del estéril de recubrimiento son blandas y densas, con el mineral y rocas de intrusión compactas o meteorizadas de origen ígneo o metamórfico.

12 d) Tanto el recubrimiento como la zona mineralizada están constituidas por rocas ígneas o metamórficas meteorizadas e) Las rocas de recubrimiento son blandas y sedimentarias y el mineral no es homogéneo. f) El recubrimiento y el mineral son blandos y de origen sedimentario. 4. SECUENCIA TIPICA DE LA EXPLOTACION A CIELO ABIERTO, PERSONAL Y EQUIPO Descapote y limpieza de la sobrecapa superficial Perforación del estéril y el mineral Quema del estéril y el mineral Cargue del estéril y mineral Transporte del estéril y mineral Trituración primaria del mineral 4.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA MINERÍA A CIELO ABIERTO Ventajas de la minería a cielo abierto Gran Iluminación

13 Mayor rendimiento Mayor comodidad para los trabajos Mayor Seguridad Fácil control de personal Recuperación del 100% de las reservas Flexibilidad del material a explotar Ventilación eficiente Mayor tamaño de equipos Mayores condiciones para el transporte Desventajas de la minería a cielo abierto El volumen de la inversión inicial es grande Condiciones atmosféricas (temporales) Desagüe Problemas de estéril a remover( Transporte y deposito) Grandes daños (daños al vecino) 5. PLANEAMIENTO MINERO 5.1 INTRODUCCION El planeamiento de una mina a cielo abierto debe correlacionar todas las fases de una operación minera, determinando la bondad económica del yacimiento e indicando una secuencia de ejecución apropiada. Hay que tener encuentra que

14 los factores a considerar para este propósito, son numerosos y deben reflejar las características y condiciones limitantes con respecto a un yacimiento particular. Sin embargo, el objeto de este modulo nos limita a describir los fundamentos de un plan minero, orientado particularmente hacia el caso de una mina de carbón a cielo abierto, por esta razón él modulo considera aspectos básicos del planeamiento, los cuales son de gran importancia para la realización de su trabajo igualmente recomienda la consulta bibliográfica para ampliar la información aquí contenida. 5.2 GENERALIDADES El propósito principal de una operación minera es extraer y comercializar una mena mediante un procedimiento económicamente rentable y bajo unas condiciones determinadas, para lo cual frecuentemente se requiere mover grandes cantidades de material estéril, por lo tanto la selección de los parámetros de diseño y la elaboración de un programa de extracción mineral y remoción del estéril implican complejas decisiones de ingeniería, dado su enorme significado técnico y económico. Bajo este punto de vista, el objetivo de un plan minero es determinar la secuencia de ejecución de las distintas etapas del proyecto de tal modo que se obtenga una rentabilidad apropiada utilizando el diseño optimo. A grandes rasgos estas etapas comprenden: 1. ETAPA EXPLORATORIA A. Modelo del yacimiento B. Elaboración de datos topográficos C. Estudios geológicos y de calidad D. Estudio geotecnico E. Estudio hidrológico 2. ETAPA CONCEPTUAL A. Definición de mezclas B. Capacidad de producción C. Facilidades del área D. Costos unitarios estimados 3. ETAPA DE DISEÑO A. Optimización de los limites económicos de la excavación B. Secuencia de minería C. Definición de los sistemas de transporte D. Determinación del equipo requerido

15 E. Análisis del flujo de caja 4. OPTIMIZACION DEL DISEÑO A. Evaluación económica B. Comparación y selección de alternativas 5.3 CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE UN PLAN MINERO Toda la información obtenida en la primera etapa se utiliza para establecer una estrategia de extracción del deposito orientada hacia el alcance de unos objetivos previamente establecidos que comprenden: A. Requerimientos de producción por periodos anuales, mensuales, semanales y diarios. B. Programas de calidad y control

16 C. Costos unitarios, costos de producción e inversiones de capital La base del análisis para la determinación de la secuencia de minería y de los limites finales de excavación, es el beneficio económico. Idealmente, la solución final es aquella que reporte el mayor beneficio posible. Una manera simple y ampliamente utilizada para establecer los limites de excavación, consiste en calcular la relación de Descapote limite RDL, para ello, definimos la pendiente de los taludes finales a partir de datos geotecnicos y otras consideraciones, el volumen estéril que es necesario remover a fin de extraer el carbón. Ahora, la relación de descapote limite, RDL es aquella relación de descapote para la cual los costos de extracción de la mena y remoción de estéril son iguales a los ingresos de la operación. Esta relación se aplica a la excavación total y no debe confundirse con la relación de descapote, la cual siempre es menor, ya que de otro modo no habría beneficio en la operación. La relación de descapote limite se calcula: Valor recuperable/ ton carbón - Costos de producción / ton carbón RDL = Costos del descapote/ m3 de estéril En el cual el costo de producción incluye todos los costos a excepción de los correspondientes a descapote, el factor más difícil de determinar para él calculo de la RDL, es él referente a las condiciones del mercado por esta y otra razón es aconsejable incluir en la formula anterior un margen mínimo de utilidades. Valor recupe/ ton carbón - Costos producción/ton Carbón = Ben. Mineral/ton.C RDL = Costo del descapote / m3 de estéril 5.4 RELACION DE DESCAPOTE (RD) RD = m3 de estéril / Toneladas de mineral o Ton estéril / Ton mineral 5.5 BESR = Relación Económica de descapote Costo bocamina/ ton mineral B.T -Costos Bocamina /ton min. CA BESR =

17 Costo descapote de 1 ton de estéril Cuando: BESR > R.D se puede explotar a Cielo abierto BESR = R.D es indiferente explotar a C.A o B.T BESR < R.D no se debe explotar a C.A 5.6 CLASIFICACION Y CALCULO DE RESERVAS Sin lugar a duda la base fundamental de cualquier tipo de minería es la cuantificación de reservas, ya que sin esta estimación seria comenzar a ciegas un proyecto. Esto hace que los métodos extractivos se diseñen o se adapten teniendo en cuenta las características individuales de los depósitos, analizando las diferentes alternativas y actualizando permanentemente los métodos y sistemas de explotación por medio de análisis, estudios, ensayos que sirvan de punto de referencia. El tonelaje o volumen de reservas de mineral que se encuentran en el área bajo investigación se calculan a partir de la información geológica del área, por medio de observaciones directas, mapeo, afloramientos, trincheras, trabajos de excavación o por medio de los resultados obtenidos en la fase de mediciones hechas en prospección: Perforación con diamante con recuperación de testigos, por análisis de detritos o por cualquiera de los métodos geofísicos. Con las informaciones que muestren los limites del mineral y las leyes de calidad o concentración del mismo TERMINOLOGÍA RESERVAS MEDIDAS O PROBADAS Corresponden a masas de minerales conocidas en las 3 dimensiones por perforaciones trincheras, afloramientos, y labores mineras. Las dimensiones conocidas son el espesor real o aparente, longitud en el rumbo y longitud en el buzamiento. Los puntos de observación y control se pueden ubicar a menos de 1Km de separación y se pueden extrapolar hasta 0.5 Km. se acepta una tolerancia en los cálculos de un 20 %

18 RESERVAS INDICADAS O PROBABLES Corresponde a masas de minerales conocidas en 2 dimensiones, cuya calidad y cantidad se han definido en parte con base en labores subterráneas para garantizar la continuidad del yacimiento. Los puntos de observación y control podrán estar separados de 1 a 2.5 Km RESERVAS INFERIDAS O POSIBLES Son aquellas que se calculan con base en el conocimiento de la masa mineral mediante un afloramiento o trabajo subterráneo que lo hayan puesto al descubierto de un solo lado. Los tonelajes asignados no tienen mucha significación inmediata RESERVAS EXPLOTABLES O RECUPERABLES Son aquellas que de acuerdo al sistema de explotación empleado, los rendimientos, perdidas de explotación, serian realmente explotadas garantizando la financiación del proyecto minero CALCULO DE RESERVAS Para él calculo de reservas el cuerpo mineral debe ser primeramente delineado y subdividido en sectores de diferentes grados de seguridad. Parámetros: Determinar rumbo y buzamiento Numero de mantos y espesores Continuidad en el buzamiento Presencias de Discontinuidades estructurales Método del área Superficial

19 Se debe conocer por topografía el área superficial que se va a explotar. Este método es aplicable a yacimientos tabulares. Donde: R = As x Er x Dd / cos a R= Reservas calculadas en toneladas banco S= Area superficial Dd = Densidad de carbón en banco ton / m3 a= ángulo de buzamiento de los mantos en grados En caso de no conocerse el espesor real este se puede calcular con el espesor aparente obtenido de los afloramientos o perforaciones utilizando las siguientes formulas. Donde: Er = Ea x cos a

20 Ea = Espesor aparente en metros. Cuando se obtiene perforación Er = Ea x sen a Cuando se obtiene por afloramiento Método de secciones transversales. Este método se utiliza para calcular el tonelaje de material a mover en el banco limitado por dos perfiles o sea el material en un panel del mismo nivel: Los perfiles se encuentran separados a una distancia determinada (100 m). Se calcula siguiendo el procedimiento siguiente: Calcular el área en carbón en todas las secciones Se hace él computo del área promedio entre dos secciones del mismo panel. Se multiplica el área promedio de cada panel por la distancia de separación entre secciones para obtener el volumen del panel. Se hace la sumatoria de volúmenes de cada panel y se multiplica por la densidad del carbón en banco para hallar el tonelaje total de mineral. Area = P1 = ( Aso + As1) /2 Vp1= Ap1 x d Cuando se desea conocer el volumen a mover de mineral en un banco en explotación, se hace a través de un perfil del banco donde se puede calcular el área en carbón y se multiplica por el avance de la pala. A= L x er V= A x ap Donde: A = área en carbón en m2 L = longitud del manto en el buzamiento en m Er = espesor real del manto en m Ap = Avance de la pala en el banco en el sentido del rumbo en metros V= Volumen del carbón en mcb ( metros cúbicos en banco) El anterior calculo le sirve al supervisor para tener una idea de cuanto mineral va a mover.

21 EJERCICIO DE APLICACIÓN Calcular la vida útil y relación de descapote Conociendo: Perdidas por arranque = 1.62 % Reservas del yacimiento = 25m x 8m x 3000m x 2.7 ton / m3 = ton Estéril = Ton x = Reservas Totales = Ton Producción Requerida = 1700 Ton / día Trabajo en la mina = 280 Días / año Ton Vida útil = = 3.34 años 1700 ton /día x 280 días /año

22 Ton Relación de descapote = = 2.15: Ton 6. LEYES DEL MINERAL 6.1. Ley de demuestre: Es la ley del mineral en su lugar de origen, determinada por el demuestre en el subsuelo en superficie o por sondeos. 6.2 Ley de planta: Es la ley del mineral tal como sale de la mina y entra en la planta, al calcularse debe tenerse en cuenta la dilución Ley recuperable : Es la ley de la planta menos las perdidas metalúrgicas, para determinaciones preliminares servirá de base la experiencia con minerales similares en el área o en otras partes Ley comercial Es la cantidad pagada por el fundidor o comprador por tonelada de mineral extraído Ley mínima y limites de mineral: Se debe trazar la línea divisoria entre el yacimiento y el material estéril, el trazado de esta línea puede constituirse en uno de los problemas mas difíciles en la estimación del mineral a explotar. El limite del mineral exige una decisión correcta respecto a la ley mínima esto es el limite inferior que podrá sostenerse frente a los costos, ya que cambiando el limite puede aumentar o disminuir la ley mínima Ley media

23 La ley media de un bloque de mineral se calcula a partir de las leyes medias de los frentes expuestos que lo limitan. En yacimiento típico de mineral se calcula tomando muestras en diferentes zonas, lados y caras del mineral Volumen El peso de un bloque de mineral se estima calculando en primer lugar el volumen y multiplicando este por el factor de conversión ( densidad ) dando el peso en tonelaje METODOS DE EXPLOTACION EMPLEADOS EN MINERIA A CIELO ABIERTO INTRODUCCION La minería de superficie es el proceso de la extracción de un material de valor económico de la tierra utilizando una superficie de excavación. Minería a cielo abierto Descapote o minería de área Minería de transferencia La minería a cielo abierto se refiere a una minería en superficie donde se extrae un mineral en incremento de la economía de acuerdo a su profundidad. El material de desecho también se remueve, se transporta a un sitio lejos de los limites de la mina. La minería a cielo abierto requiere altos capitales comparada con la minería bajo tierra, tiene un bajo costo unitario, una alta productividad por hombre. Consecuentemente la minería a cielo abierto generalmente transporta grandes tonelajes y sirve de por sí para grandes depósitos minerales de estructura y orientación variables. La minería de descapote se refiere al método de minería en superficie donde el material de descapote o material de descapote o material estéril se remueve a corta distancia hacia un lado desde encima del lecho de un deposito mineral, para permitir mas tarde la excavación y remoción de este mismo material. Siguiendo a la extracción del material, la roca estéril se vuelve a colocar en el sitio original METODOS GENERALES BANCOS Explotación en la cual se divide el yacimiento en escalones, de una altura que está relacionada con el tamaño de los equipos de cargue.

24 FIGURA 1. EXPLOTACION POR BANCOS Normalmente se comienza su explotación en forma descendente. El ancho de cada banco debe ser lo suficiente para que el equipo de cargue y el de transporte puedan laborar libremente. Los bancos están conectados unos a otros por medio de rampas y se debe realizar cunetas para el manejo del agua. En la parte más baja de la mina se construye un sumidero, cuya función principal es recoger todas las aguas provenientes de los bancos de explotación con el fin de poderlas evacuar por medio de bombas a un sitio fuera del área de explotación TERRAZAS Método de explotación para yacimientos o criaderos de forma irregular, especialmente de minerales metálicos, como el cobre y el níquel. Constituyen niveles de forma circular, elíptica o cónica dependiendo de la estructura del yacimiento o del criadero de minerales.

25 La altura de la terraza depende de la dureza de la roca y del equipo a utilizar en la perforación y en el cargue. El ancho de la terraza tendrá la medida necesaria para realizar el cargue y transporte del mineral arrancado. FIGURA 2. EXPLOTACION POR TERRAZAS 7.3. CORTAS. Empleado en yacimientos masivos o de capas inclinadas. La explotación se lleva a cabo tridimensionalmente por banqueo descendente con secciones transversales en forma tricónica. Es tradicional de la minería metálica, aunque últimamente se adoptó para yacimientos de carbón. La profundidad de las explotaciones puede ser muy grande, llegándose en algunos casos, a superar los 300 m. La vida útil de una mina con estas características suele ser grande, generalmente por encima de 50 años. En las minas de carbón explotadas por este método, dependiendo de las condiciones geológicas y del número de mantos a extraer, se puede hacer un retrollenado que consiste en depositar los estériles provenientes de la explotación, en el sitio más profundo del hueco, en donde ya se han sacado todos los mantos de carbón. Esto reduce grandemente los costos de producción, pues la distancia de acarreo se disminuye y con esto los costos de transporte.

26 Las minas metálicas se caracterizan por el importante cambio de formas y volúmenes en el paisaje, debido a la excavación de grandes huecos y a la creación de estructuras para almacenar todos los materiales de desecho que se producen. Por otro lado, como los procesos mineralúrgicos suelen ser más complejos, se precisan instalaciones de dimensiones apreciables, en las que se llevan a cabo la trituración, molienda y concentración de los metales que se benefician. Además se dispone de otra serie de obras e instalaciones auxiliares, tanto para el funcionamiento de las plantas de tratamiento, porque aunque se proceda a la recirculación de una gran parte de ese recurso siempre se precisa contar con un cierto aporte de agua fresca. Un fenómeno que puede ser común a las minas metálicas y a las de carbón es el constituido por la producción de aguas ácidas, como consecuencia de la oxidación de la pirita presente en el mineral, e incluso en los estériles. Se deben tomar medidas especiales antes del vertido de los afluentes a los cauces públicos y en la ubicación y abandono de los estériles que sean contaminantes. También es importante en la etapa de revegetación contemplar la posible incidencia que pueden tener los suelos con un PH excesivamente bajo sobre la implantación y desarrollo de las diferentes especies vegetales.

27 FIGURA 3. EXPLOTACION POR EL METODO CORTA 7.4. DESCUBIERTAS. Es aplicable en yacimientos más bien planos casi horizontales, con recubrimientos de estériles no muy grandes (20-30 cm) y casi siempre se recupera un solo banco o manto de mineral. La maquinaria que se utiliza depende del volumen de las reservas extraíbles siendo aplicable en grandes minas la DRAGALINA y en las minas pequeñas la maquinaria convencional como volquetes, cargadores y tractores. La recuperación de los terrenos después de la explotación por este método resulta sencilla, traduciéndose en una simple nivelación de los materiales superficiales y el extendido de la capa vegetal. FIGURA 4. METODO DE EXPLOTACION POR DESCUBIERTAS

28 7.5 TERRAZAS Este método se basa en una minería de banqueo con avance unidireccional. Se aplica en yacimientos relativamente horizontales, de uno o varios niveles mineralizados y con recubrimientos potentes pero que permiten depositar el estéril en el hueco creado transportándolo alrededor de la explotación. Las profundidades que se alcanzan son importantes, con limitación económico en la determinación de cual es el último nivel mineralizado que se explotará. Los equipos y sistemas mineros que se utilizan son muy variados, desde los totalmente discontinuos con equipos convencionales, hasta los continuos con transporte con cintas y trituración dentro de las explotaciones. FIGURA 5. EXPLOTACION POR EL METODO DE TERRAZAS 7.6. CONTORNO. Consiste en la excavación del estéril y mineral en sentido transversal hasta alcanzar el límite económico, dejando un talud de banco único y progresión

29 longitudinal siguiendo el citado afloramiento. Dado el gran desarrollo de estas explotaciones y la escasa profundidad de los huecos, es posible realizar una transferencia de los estériles para la posterior recuperación de los terrenos. La maquinaria que se utiliza suele ser del tipo convencional. FIGURA 6. MINERA DE CONTORNO 7.7. CANTERAS. Es el término genérico que se utiliza para referirse a la explotación de rocas ornamentales e industriales. Constituyen el sector más importante en cuanto al número, se basa en la explotación y extracción de agregados pétreos (gravillas, arenas) para uso en construcción. Las canteras se pueden dividir en dos grandes grupos : - El primero donde se desea obtener un todo-uno fragmentado, apto para alimentar plantas de trituración y obtener un producto destinado a la construcción en forma de áridos o gravas. - El segundo dedicado a la explotación de grandes bloques paralelepípedos que posteriormente se cortan y elaboran.

30 En el primer caso, la extracción no suele ser tan cuidadosa, presentándose frecuentemente problemas de inestabilidad y desprendimiento de rocas, propiciados en buena parte por las grandes alturas de los bancos. En el segundo caso las explotaciones se caracterizan por el gran número de bancos que se abren para arrancar los bloques y la maquinaria especial con las que se obtienen planos de corte amplios.

31 7.8 GRAVERAS. Los materiales detríticos como las arenas y las gravas, albergadas en los depósitos de valle y terraza de los ríos son objeto de una explotación intensa debido a la demanda de dichos materiales para el sector de la construcción. Las arenas y los cantos rodados se encuentran poco cohesionados por lo que las labores de arranque se realicen directamente por equipos mecánicos como retroexcavadoras y volquetas.

32 7.9 ALUVION. Tipo de minería utilizada en la explotación de minerales preciosos como oro, plata y platino. Consiste básicamente en recoger en los lechos de los ríos las arenas ricas en estos minerales utilizando las máquinas mecánicas llamadas dragas y realizarle en el mismo equipo su beneficio, depositando en las orillas de los ríos los estériles, produciendo de esta manera unos daños ecológicos bastante severos.

33 FIGURA 7. MINERIA DE ALUVION 8.0. SERVICIOS Y FACILIDADES DE UNA MINA A CIELO ABIERTO 8.1. VIAS Las vías construidas para uso interior en una mina a cielo abierto deben cumplir con ciertos requisitos técnicos, como : Pendiente. La pendiente recomendada para la construcción de rampas es del 8%, pendiente donde el vehículo de acarreo desarrolla su máxima potencia, en una forma eficiente con pendientes mayores el equipo comienza a perder eficiencia Ancho. La vía debe conservar un ancho mínimo de 3 ½ veces el ancho del vehículo de mayor capacidad que transite en la mina, es decir, si tenemos volquetes de 4.5 m de ancho (CAT 769 c), el ancho de la vía debe ser de m Compactación. Debido al peso que deben soportar las vías al paso de los vehículos de acarreo 62.4 ton (CAT 769 c) cuando va cargado y 35 ton cuando va vacío, éstos deben tener un afirmado con materiales que puedan soportar estos pesos sin que se deterioren rápidamente ; si esto no ocurre el mantenimiento de las vías se hace más costoso debido a la periodicidad con que se debe llevar a cabo.

34 Para el cálculo de la construcción de la vía debemos tener en cuenta la resistencia a la rodadura y es el esfuerzo de tracción requerido para vencer el efecto retardatorio creado entre las llantas y las superficie del suelo. Incluye la resistencia causada por la penetración de la rueda en el suelo, por la flexión de las llantas y en cierto modo por la fricción de rodamiento de la rueda. Una sección típica de una vía es la siguiente : 8.2. ENERGIA La energía eléctrica es indispensable en un proyecto minero por cuanto muchos equipos y máquinas trabajan con corriente eléctrica. Es por esto que se debe pensar desde el momento de la planeación de la mina tener en cuenta este aspecto. Normalmente se requiere una subestación eléctrica para poder repartir y administrar adecuadamente la energía para los diversos equipos que operan a diferentes voltajes DRENAJE. En una mina a cielo abierto una actividad de gran importancia es el manejo de las aguas superficiales. De un buen manejo y canalización de estas aguas podrá trabajarse en épocas de invierno con mayor eficiencia y seguridad. Cada banco de explotación debe tener una pendiente de tal manera que las aguas se vayan acumulando en un determinado sitio dentro del mismo varían y que puede ser evacuada hacia los niveles inferiores a un depósito central llamado SUMIDERO, ubicado en la parte más bajo de la mina. En el sumidero son colocadas unas bombas de succión para evacuar el agua al exterior de la mina, ya sea a corrientes de agua, no sin antes hacerles un tratamiento de decantación de sólidos.

35 8.4. CAMPAMENTOS Y CASINOS Instalaciones que deben construirse para el bienestar de los trabajadores. Los campamentos deben cumplir unos requisitos mínimos en cuanto a seguridad e higiene, contemplados en el decreto número de 1993, elaborado por el Ministerio de Minas y Energía TALLERES. Construcciones destinadas para la reparación y el arreglo del equipo y maquinaria que trabaja en la mina. Deben ser lugares construidos de una forma firme y segura, adecuados para las actividades que se realicen en su interior, con buena ventilación e iluminación, con pisos debidamente demarcadas y libres de humedad, grasa y objetos que puedan ocasionar accidentes. Otros servicios y facilidades de una mina a cielo abierto son : Bodegas Trituradoras Planta de beneficio Botaderos

36 9. INDICADORES DE PRODUCCION 9.1. ELEMENTOS DE PRODUCCION. La producción es la cantidad de material que se mueve por hora. La producción se puede expresar en varios tipos de unidades. Metros cúbicos desde el banco m3 B - m3 banco Metros cúbicos sueltos m3 S - m3 sueltos Metros cúbicos compactados m3 C - m3 compactados Toneladas métricas Tm - Ton métricas Comúnmente el traslado de material en minas de carbón se calcula por volumen (m3 B). Las minas de metales generalmente con medidas de peso ( toneladas métricas). Para efectos de cálculos hay que tener en cuenta los tipos de unidades que se van a utilizar : Toneladas cortas Lbs Toneladas largas Lbs Toneladas métricas ,6 Lbs En la mayoría de los cálculos de movimiento de tierra y manejo de minerales la producción se obtiene multiplicando la cantidad de material (carga) movido por ciclo por el número de ciclos por hora. Carga ciclos Producción = * = carga/hora. Ciclo hora La carga se mide de las siguientes formas : Pesándola ó calculándola en función de la capacidad de la máquina MEDICION DEL VOLUMEN El volumen del material se define según el estado en que se halla al moverlo. Las tres medidas de volumen son : m3 banco Un metro cúbico de material como se encuentra en su estado natural. m3 suelto Un metro cúbico de material expandido como resultado de haberlo movido. m3 compacto --Un metro cúbico de material cuyo volumen se ha reducido por compactación.

37 Para estimar la producción debe conocerse la relación entre el volumen de material en banco, material suelto y material compactado FACTOR DE HINCHAMIENTO Es el porcentaje de aumento en el volumen de un material en m3, después de que se saca de su estado original. Cuando se excava, el material se quiebra en trozos de diferentes tamaños que causan la formación de bolsas de aire o espacios vacíos que reducen el peso por volumen. Volumen suelto de un peso dado Factor de hinchamiento = Volumen en el banco del mismo peso suelto Banco = F.H Suelto = Banco * F.H 9.4. DENSIDAD DEL MATERIAL Es el peso por unidad de volumen del material. Los materiales tienen diversas densidades, según el tamaño de las partículas y el contenido de humedad, cuanto más denso sea el material mayor será el peso. Densidad = peso / volumen = Kg / m FACTOR DE LLENADO Es el porcentaje del volumen disponible en una tolva, cucharón o caja que realmente se usa. Un factor de llenado del 87% de una unidad de acarreo significa que un 13% de su capacidad nominal no se usa para acarrear el material. Ej.: Si una volqueta tiene una capacidad de 55 ton. pero su factor de llenado es del 90% quiere decir que en cada viaje transporta solamente 49.5 ton COMO CALCULAR LA PRODUCCION

38 PESO DE LA CARGA El método más exacto para determinar la carga acarreada es pesándola. Para determinar el peso de la carga se resta el peso del vehículo vacío del peso bruto total. CARGA = peso bruto del vehículo - peso vehículo vacío. Para determinar el volumen en m3 en banco del material que acarrea una máquina se divide el peso de la carga por la densidad del material en banco. m3 banco = Peso de la carga / densidad en banco 9.7. CICLO DE CARGUE Es el tiempo que invierte la máquina en cada ciclo de cargue, se mide fácilmente con ayuda de un cronómetro. Se debe medir el tiempo de varios ciclos para obtener el ciclo medio. El tiempo del ciclo depende de varios factores: De la relación en la capacidad del equipo de cargue y el equipo de acarreo. Normalmente esta relación es de 3-5 :1 es decir que el cargador debe depositar 3/5 cucharones a la volqueta para que quede llena. De la calidad de la voladura Del factor de llenado De la habilidad del operador Estado del piso en el área de cargue 9.8. CICLO DE ACARREO O TRANSPORTE Es el tiempo que transcurre desde el momento en que la volqueta inicia su movimiento hacia el cargador para ser llenada, hasta que regresa del botadero y está lista para comenzar otro ciclo. Existen 5 componentes del tiempo total requerido para realizar un ciclo de transporte. Cada uno de estos componentes tiene algunos factores que determinan el tiempo que cada uno requiere. - Cargue

39 - Transporte - Descargue - Retorno - Demoras / espera Ejemplo para cálculo de la producción: En un estudio de tiempos se obtuvieron los siguientes datos para un ciclo de transporte de una flota de volquetas: Tiempo de cargue Tiempo de transporte Tiempo de descargue Tiempo de retorno Tiempo de demoras Ciclo total 1.5 minutos 5.5 minutos 0.5 minutos 3.0 minutos 1.5 minutos minutos Peso de la unidad de acarreo vacía Kg. Peso de la unidad de acarreo cargada : Pesada No Kg Pesada No Kg Pesada No Kg Kg. Promedio / 3 = Kg. Peso medio de carga : Kg Kg = Kg Densidad del material 2.2 Kg/m3 en banco Carga = peso carga / densidad = Kg. / Kg. / m3 = m3 60 minutos 60 minutos Ciclos hora : = = 5 ciclos/h tiempo ciclo 12 minutos/ciclo cargas ciclos m3 5 ciclos Producción = x = X = 84.7 m3 / h ciclo hora ciclo hora

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41 10. CARGUE Y TRANSPORTE EN UNA MINA A CIELO ABIERTO CARGUE Tipo de Equipos de Cargue Los equipos de cargue empleados mas frecuentemente en Minería a Cielo Abierto se pueden dividir en dos grandes grupos : * Estáticos * Movimiento Estáticos : Equipos que poseen como medio de tracción orugas y que por consiguiente permanecen largos periodos de tiempo en un mismo sitio. Entre estos equipos tenemos : a) Retroexcavadoras b) Palas Frontales c) Palas eléctricas Movimiento : Equipos que poseen ruedas para su traslación. En este tipo de equipos su ciclo de cargue es mas desarrollado por cuanto que tiene que hacer varios movimientos, para poder llenar un cucharón de material en el equipo de acarreo en este tipo de equipo pertenecen los cargadores Métodos de cargue Existen varios métodos de cargue, los mas usados en minería son : Cargue Doble Cargue Sencillo Cargue Doble : En este método los camiones se ubican a ambos lados de la maquina, y el equipo de cargue va realizando alternamente la operación con este método se consiguen mayores productividades y rendimientos pero se requiere una gran destreza y conocimiento de los operadores.

42 Cargue Sencillo : Cuando el sitio de cargue se hace difícil por las condiciones del terreno o por el espacio reducido es necesario hacer un cargue sencillo. En este método el equipo de acarreo solo se ubica por uno de los lados del equipo de cargue preferentemente por el lado visible de este. El Inconveniente de este método es que baja la productividad del equipo de cargue TRANSPORTE Sistemas de Transporte El transporte o acarreo de materiales y minerales en una mina a Cielo Abierto es muy variado dependiendo de las distancias al botadero o planta de beneficio, del material que se este acarreando de los volúmenes de producción entre otros. De los sistemas de transporte mas utilizados tenemos : A. Volquetas B. Banda Transportadora C. trenes D. cable aéreo Volquetas : Las volquetas es el equipo de acarreo mas utilizado actualmente. El aumento de las capacidades de estos equipos se ha incrementado aceleradamente en los últimos años. En el año la volqueta de mayor capacidad era de 80 toneladas mientras en la actualidad es normal trabajar con capacidades de 170 y 240 toneladas. El avance de estas capacidades se debe a varios factores : a) Motores mas potentes b) Transmisiones automáticas c) Llantas de mayor resistencia d) El diseño de las tolvas e) Nuevos sistemas de frenos f) El avance de la hidráulica El inconveniente de este tipo de transporte es su distancia de acarreo. Cuando la distancia pasa de 4 Km., este tipo d acarreo se hace antieconómico y se debe pensar en otro tipo de transporte.