Metodo De Explotacion Corte Y Relleno Unam

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

MÉTODO DE MINADO CORTE Y RELLENO Por Evaristo Valencia Gaspar

Para Ing. Víctor Manuel López Aburto

Explotación de Minas Subterráneas

Octubre 2009

DIVISIÓN DE INGENIERÍA EN CIENCIAS DE LA TIERRA

DEPARTAMENTO DE EXPLOTACIÓN DE MINAS Y METALURGIA

CONTENIDO INTRODUCCIÓN……………………………………………….……….. …..

III

1. REBAJES ARTIFICIALMENTE SOPORTADOS…………………………. IV 1.1. Características de un Rebabe Artificialmente Soportado………………… 1.2. Características y Aplicación del Método………………………………… 2. MÉTODO DE CORTE Y RELLENO…………………………………………IV 2.1. Obras de Desarrollo……………………………………………………. 2.2. Obras de Preparación….………………………………………………. 2.3. Explotación de Rebajes………………………………………………… 2.4. Extracción del mineral 3. RELLENOS……………………………………………………………….. VII 3.1. Tipos de Relleno……………………………………………………… 3.2. Selección del Material de Relleno…………………………………… 3.2.1. Características de un Buen Relleno…………………………….. 3.3. Procedencia del Material de Relleno………………………………... 3.4. Relleno con Tepetate…………………………………………………. 3.4.1. Tepetateras al Alto……………………………………………… 3.4.2. Tepetateras al Bajo……………………………………………… 3.5. Relleno Hidráulico…………………………………………………….. 3.5.1. Decantación en Relleno Hidráulico…………………………….. 3.5.2. Filtración en Relleno Hidráulico………………………………… 3.6. Relleno con pasta………………………………………………………. 3.6.1. Características de una Pasta……………………………………. 3.6.2. Preparación de Pastas…………………………………………... 3.6.3. Prueba de Revenido…………………………………………….. 3.6.4. Bombeo de pasta…………………………..…………………….. 4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO…………………………. 4.1. Ventajas del Método……………………………………………….. 4.2. Desventajas del Método……………………………………………

XV

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………….

XVII

INTRODUCCIÓN Si bien es sabido la explotación de yacimientos minerales por métodos subterráneos, es más complejo que los e superficie, por ello es preciso dedicar especial atención a cada

uno de los métodos existentes, para una acertada planeación de la explotación de un cuerpo mineral. La selección del método de minado que se pretende emplear en un yacimiento o una cuerpo mineralizado debe ser estudiado con detenimiento, tomando en consideración que es el método el que se debe de adaptar al yacimiento y no de manera contaría, el presente trabajo muestra a detalle el método de minado de corte y relleno, con sus tres variantes más importantes, corte y relleno con tepetate, corte y relleno hidráulico (jal), corte y el de reciente aplicación corte y relleno con pastas. El objetivo del presente trabajo es presentar con la mayor simplicidad e método; las ventajas y desventajas que presenta su empleo, para dar una visión más amplia del método y se deja a consideración del lector la comparación otro método de exploxtación subterránea. Podemos asegurar la efectividad de este método de explotación debido a que gran número de minas actualmente lo emplean, es importante mencionar que el método ofrece poderosas ventajas, por encima del resto de los métodos de explotación, sin embargo no siempre es posible su aplicación. En la actualidad con la llegada de la mecanización al sector minero, el método ha desarrollado variantes que permiten maximizar su potencial.

1. REBAJES ARTIFICIALMENTE SOPORTADOS 1.1. CARACTERÍSTICAS DE UN REBAJE ARTIFICIALMENTE

SOPORTADO

Un rebaje artificialmente soportado es una obra en la cual una parte significativa de la carga o del peso de la roca, es sostenida por algún sistema de soporte artificial, debido al peso del material rocoso, condiciones profundidad de la obra y a la calidad de la roca. El empleo de soporte en un rebaje también puede ser empleado en el caso de que parte de la carga gravitacional originalmente soportada por la roca no pueda ser transferida a la roca que rodea a la obra después de realizada la excavación. Generalmente, los sistemas de soporte artificial resultan imprácticos y antieconómicos, debido a la robustez y dimensiones que requerirían los elementos estructurales que lo formen, en cuyo caso la mejor opción es el empleo de relleno en el sistema de minado.

1.2. CARACTERÍSTICAS DE APLICACIÓN DEL MÉTODO

El método tiene como finalidad obtener mineral beneficiable y a su vez proporcionar soporte artificial al rebaje, cuando la calidad mineral de las tablas evita que el rebaje permanezca abierto durante el ciclo de minado. Este método es altamente selectivo y flexible, permitiendo explotar cuerpos muy irregulares. En cuerpos de baja potencia pero alta ley se usa una variante, el método de descostre (resuing), donde se mina una cuerpo de poco espesor (menor a tres metros), tumbando el mineral, y abriendo el rebaje lo suficiente para tener una área de trabajo adecuada colando el resto del rebaje en tepetate el cual servirá como piso de trabajo conforme el rebaje ascienda. En general el método consiste en la explotación de rebajes, ascendiendo usando como piso de trabajo un relleno de roca estéril, las variantes de este método consisten en el tipo de relleno que se pretende emplear, los rellenos más comunes son el relleno con tepetate, relleno hidráulico (jal), relleno con pasta, rellenos combinados. El método es aplicable en general a cuerpos mineralizados cuyo ángulo de buzamiento sea mayor al ángulo de rodamiento del mineral fragmentado.

2. MÉTODO DE CORTE Y RELLENO 2.1. OBRAS DE PREPARACIÓN Las obras de preparación se definen como todas aquellas obras que están encaminadas a determinar zonas susceptibles de explotación. Las obras de preparación necesarias, son el cuele de dos contrapozos y dos frentes que servirán como niveles, estas obras delimitaran el bloque, Las dimensiones de los bloques dependen de: El tipo de yacimiento. Consistencia de mineral y tablas.

Calidad y ley de los valores. Posición de los respaldos. Tipo y disponibilidad del equipo de minado.

2.2. OBRAS DESARROLLO. Una vez que el rebaje es delimitado por la obras de preparación, se cuela por encima del nivel inferior un subnivel dejando un pilar de piso de 3 a 5m de longitud, este soportara el peso de relleno durante la explotación del rebaje. Sobre el pilar de piso se cuelan contrapozos que servirán como metaleras, las metaleras crecerán conforme el rebaje ascienda, para evitar que se pierdan por acción del relleno, se colocan contrapozos anillados, estos pueden ser de madera o placas metálicas de manera que soporten la presión del relleno, para vetas pequeñas el contrapozo se puede hacer con trancas y entarimado. Los contrapozos laterales que delimitan el rebaje servirán como ventilación del rebaje y como rutas de acceso. En la actualidad una variante que tiene el método antiguo es que las obras de desarrollo son coladas en tepetate, el uso de rampas de acceso y trasporte.

2.3 EXPLOTACIÓN DE LOS REBAJES. La explotación se hará por medio de cortes ascendentes a lo largo y ancho de los rebajes tomando como cara libres los extremos de los contrapozos, el piso inicial será el pilar de piso que existe entre el nivel inferior y el subnivel. Cada vez que se realice un corte se rezaga la carga a las metaleras, el paso siguiente es el relleno del rebaje, se acondicionan los contrapozos anillados haciéndolos crecer para evitar que sean tapados por el relleno, se coloca el relleno dentro de los rebajes y se aplantilla generando un nuevo piso de trabajo con la altura adecuada para realizar la barrenación para el siguiente corte, de esta forma se ascenderá hasta la explotación total del bloque.

Método convencional de corte y relleno

Mecanización del método de corte y relleno

2.4. EXTRACCIÓN DEL MINERAL Una vez realizados los cortes de cabeza el mineral quebrado se chorrea atreves de las metaleras previamente coladas, si el rebaje es pequeño esta operación se puede realizar con escrepas, trascabos neumáticos montados en llanta o en carretilla de mano, si el nivel de mecanización es mayor y el rebaje lo permite esta operación se realiza con scoop-tramp.

3. RELLENOS 3.1. TIPOS DE RELLENO En virtud de que los requerimientos de material de relleno son considerablemente grandes, se deberán utilizar todas las fuentes de abastecimiento disponibles para poder proporcionar los volúmenes que demanda. Los materiales utilizables como relleno, en la mayoría de las operaciones mineras, pueden ser categorizados de la siguiente manera: Relleno de Roca: Roca estéril fragmentada o "tepetate". Relleno Hidráulico: Arenas clasificadas producto del desecho de molienda de plantas de tratamiento de minerales. Relleno de Pastas: Pastas (formadas con "jales", cemento y agua en proporciones muy densas) Relleno Compuesto: Material de aluvión proveniente de lechos de ríos y arroyos, material misceláneo (escorias granuladas de fundición, arenas secas, gravas.

3.2. SELECCIÓN DEL MATERIAL DE RELLENO La selección del material de relleno está en función de varios factores, tales como el tipo de relleno que se pretende emplear y su disponibilidad es necesario contar con la cantidad necesaria de material de relleno en tiempo y forma, de lo contario se detendrá el ciclo de minado. Es importante considerar si el tipo de relleno necesita recibir un tratamiento previo a ser colocado en el rebaje, tomando en cuenta el costo del tratamiento y de las instalaciones necesarias para llevarlo a acabo. Con la finalidad de reducir el costo de trasporte y colocación del relleno, en lo posible, la fuente de donde se obtiene el relleno debe encontrarse lo más cercano posible a la mina. Se debe considerar las características de resistencia y alterabilidad del material después de que ha sido colocado dentro de los rebajes, ya que este material será nuestro piso durante el tiempo que dure la explotación del rebaje.

3.2.1

CARACTERÍSTICAS DE UN BIEN RELLENO

Que el material de relleno se encuentre disponible en cantidad suficiente dentro del área de la mina. Que se pueda obtener rápidamente. Que se pueda preparar y que se pueda colocar dentro de la excavación, al costo más bajo posible.

Que se pueda colocar dentro de los rebajes sin entorpecer las demás operaciones de producción. Que posea algunas propiedades cohesivas. Que produzca una superficie de trabajo nivelada y consistente, capaz de soportar el peso y el tránsito de equipos móviles. Que en todo su conjunto sea un material de bajo costo.

3.3. PROCEDENCIA DEL MATERIAL DE RELLENO Bancos de Préstamo: Este relleno se obtiene de bancos de préstamo de roca estéril, explotados en superficie, la mayoría de las minas se encuentra enmarcada en formaciones rocosas que pueden ser consideradas fuentes de relleno estéril, el impacto monetario más repetitivo en la obtención de este tipo de relleno es el costo del explosivo empleado para tumbar el mineral estéril. Relleno Creado In Situ : Es posible obtener material estéril en el rebaje por medio de el colado de contrapozos al alto o al bajo dentro del mismo rebaje, también es posible obtenerse de obras coladas en tepetate que se encuentren cerca del rebaje. Estériles de plantas de concentración: Los jales procedentes de las colas de procesos metalúrgicos se acondicionan con el contenido de agua adecuado para poder ser trasportados a interior de mina.

3.4. RELLENO CON TEPETATE En esta operación el material estéril (Tepetate) que proviene de las obras en desarrollo en interior mina o que se chorrea desde superficie, por medio de contrapozos de nivel a nivel. Si el material se chorrea desde superficie se debe de contar con un banco de préstamo en superficie, el tepetate es trasportado por camiones de volteo y puede ser bajado por rampas o chorreado desde superficie por un contrapozo, se debe de tener especial cuidado en la generación de polvos, lo cual se evita colocando un aspersor de agua en la boca del contrapozo que moje el tepetate, o puede ser rociado con anticipación antes del vaciado. En el interior mina se tendrá acondicionada una superficie para recibir el tepetate y poder distribuirlo a los rebajes. La roca estéril o tepetate puede ser generado en el interior de la mina, cuando se realiza el cuele en material carente de valor, de las obras de desarrollo, transportado al interior de los rebajes por medio de tepetateras comunicadas de nivel a nivel. Dentro del rebaje es posible colar tepetateras al alto o al bajo, de manera que generen el material de relleno necesario, para un avance planeado.

Rebaje relleno con tepetate seco, mina Fresnillo, Fresnillo Zacatecas

3.4. 1. TEPETATERAS AL ALTO Una de las formas de generar tepetate dentro del rebaje es por medio del cuele de tepetateras al alto, esta manera de producir tepetate para relleno se emplea en vetas angostas donde el volumen del relleno es considerable. Es posible colar las tepetateras al alto siempre y cuando la tabla del alto sea de un mineral competente, de manera que el cuele de la tepetatera no afecte la estabilidad de la roca. Para el cuele de la tepetatera, se abre en la tabla del alto un contrapozo inclinado a 60° la inclinación dependerá del ángulo de reposos del material, el tepetate que se obtiene del cuele se lleva por gravedad al rebaje y se distribuye en el piso de este, para seguir obteniendo tepetate se realizan cortes posteriores como el nivel del piso del rebaje asciende, es necesario entarimar el contrapozo cuando el relleno alcance la boca de la tepetatera y se colocan tarimas en el contrapozo inclinado para que el material ruede hacia el rebaje y no caiga en el hueco creado por los rebajes.

Diagrama de una tepetatera al alto

Las dimensiones de las tepetateras son limitadas ya que se pretende que la roca no se vea afectada, una forma de evitar desestabilizar es ir colando las tepetateras cuatrapeadas conforme asciende el rebaje. 3.4. 2. TEPETATERAS AL BAJO La finalidad de las tepetateras al bajo es proveer de relleno con material del mismo rebaje, el cuele de estas obras está justificado, siempre y cuando la tabla del bajo sea competente, o que el cuele de esta obra no altere su estabilidad. A diferencia de la tepetatera al alto, esta es colada de manera horizontal, el darle una inclinación nos generaría un pilar muy delgado y es posible que no soporte la presión ejercida por el relleno. Para colar una tepetatera al bajo es necesario abrir un contrapozo a rumbo de veta de forma ascendente, del contrapozo se cuela de manera horizontal un crucero que se convertirá en el contrapozo, los siguientes cortes serán en abanico, para generar el tepetate necesario para rellenar la obra, en la tabla del alto se cuela un nicho para colocar el motor de la escrepa con la que se empuja el mineral a la boca de la tepetatera. Los rebajes del abanico se comienzan a colar dos metros hacia dentro de la tepetatera, para dejar un pilar que soporte la carga cuando el relleno alcance la entrada de la obra.

Diagrama de una tepetatera al bajo

3.5. RELLENO HIDRÁULICO El relleno hidráulico está constituido principalmente por arenas clasificadas de los jales resultantes del tratamiento metalúrgico y un alto contenido de agua, debe tener la consistencia de una pulpa, de modo que se pueda trasportan con facilidad por medio de tuberías con bombas convencionales. Para el empleo de materiales procedentes de jales, de estos es indispensable considerar la granulometría de estos, se considera que por lo menos el 70% del material solido este por arriba de la malla +200. Es importante considerar que para el empleo de relleno hidráulico es necesaria la eliminación de lamas, ya que su presencia en el relleno producirá horizontes impermeables que impedirán que el agua contenida en el relleno no pueda ser drenada. Para preparar los jales de relleno es necesario tener las instalaciones adecuadas para poder realizar la clasificación de las arenas, colocar el sistema de tuberías necesario para su trasporte y acondicionar una presa de finos. Una vez que se rellena con jal es necesario la eliminación del agua que contiene, para poder generar un piso con la suficiente estabilidad. El agua contenida en el relleno hidráulico puede ser eliminada de dos formas distintas, por filtración y decantación.

3.5.1. DECANTACIÓN EN RELLENO HIDRÁULICO Es posible acondicionar las obras para eliminar el agua del relleno de los rebajes con la colocación de canalones en las paredes de los contrapozos, para canalizar el agua a la

acequia del nivel de acarreo, las dimensiones de los canalones depende de la robustez de los rebajes. El empleo de canalones en los contrapozos anillados servirá como bordes de decantado. Las orillas del canalón servirán como bordes de decantado del agua, sin dejar pasar el material solido, con ello eliminamos gran parte del agua que contiene el jal y estabilizamos el piso de trabajo. En el piso de la obra se controla con una topografía ligeramente inclinada para hacer que el agua se acumule en un extremo del rebaje y sea decantada.

Diagrama del empleo de canalones de decantación

3.5.2. FILTRACIÓN EN RELLENO HIDRÁULICO La operación de decantado no elimina en su totalidad el agua contenida en el jal, por lo que es necesario filtrar el resto, para esto se acondiciona el rebaje con un sistema de tuberías que permita su filtrado, esta tubería se perfora en toda su extensión para que por los poros absorba la mayor cantidad de agua, toda la tubería se conecta de manera que se canalice al agua a las acequias La tubería se coloca con la inclinación adecuada para que el agua que se acumule por filtración salga del rebaje. Es posible el empleo de torres de filtración, que son contrapozos anillados forrados con una capa de yute que impide que las partículas de mineral se escapen, para evitar que la tela de yute se adhiera a las paredes del contrapozo anillado e impida el filtrado, se colocan listones de madera que al momento de colocar el yute, dejen un espacio entre las paredes evitando que se adhiera.

Diagrama de torres y tubería de filtrado

3.6. RELLENO CON PASTAS 3.6.1. CARACTERÍSTICAS DE UNA PASTA. Una pasta es la mezcla de jal, cemento y agua. La diferencia de las pastas en comparación con el relleno hidráulico es que el contenido de agua en una pasta es relativamente menor, y se adiciona cemento a su estructura. El porcentaje de sólidos se encuentra por arriba del 80% y del 10% al 15% de agua; se agrega cemento en cantidades del 3 al 5% para darle consistencia. De igual manera que el relleno hidráulico la pasta se trasporta a través de tuberías de acero de alta presión, por bombas de pistón a velocidades bajas de aproximadamente 2.0 m/s. Una de las ventajas con el relleno hidráulico es que no el jal no es necesario clasificarlo para eliminar las lamas. Toda pasta es conveniente que contenga de un 20 a 25% de partículas de dimensiones menores a 20 micrones (malla 625), permiten que la pasta retenga agua por grandes periodos, permaneciendo en un estado poco más allá del de saturación. Esta propiedad permite que el material se desplace a bajas velocidades. Debido a la consistencia de la pasta esta evita que se sedimente, pero es necesario lavar las tuberías para evitar que la pasta se cemente dejando inservible la el sistema de bombeo y tuberías. El empleo del método de corte y relleno con pasta, considera un alto costo de inversión en equipo, y aunque el costo de operación para trasporte es bajo, el costo más significativo es el costo del cemento. Gracias a sus propiedades mecánicas presenta bajo grado de abrasión a la tubería que lo trasporta. Como la pasta tiene bajo contenido de agua no es necesario acondicionar los rebajes para su eliminación, no es necesario el filtrado y decantado de agua.

A la mezcla es posible adicionar otro tipo de elementos para generar volumen, como son las cenizas y escoria de hornos.

3.6.2. PREPARACIÓN DE LAS PASTAS Las colas procedentes de la planta de beneficio se envían a un espesador de alta densidad donde se retira la mayor cantidad de agua, el material de la descarga que contiene finos y agua se envía a la presa de jales El segundo producto es pulpa con un 80% de sólidos y se envía a un tanque agitador. Del tanque se envía la pulpa a un filtro de discos donde se disminuye el contenido de agua. La tarta o pasta se coloca en una tolva alimentadora donde se agrega cemento y mezclado, el producto final es enviado a una tolva acoplada a una bomba de pistones, llevando la pasta a interior mina por el sistema de tuberías El contenido de cemento debe ser tal, que obtenga una resistencia con el fin de que pueda ser ocupado como piso de trabajo de al menos 2.0 kg/cm3.

3.6.3. PRUEBA DE REVENIDO. Debido a la importancia que tiene el grado de plasticidad en el trasporte de la pasta, se acostumbra a medir el hundimiento que tiene un cono de material fresco al retirarle el apoyo. Para efectuar esta prueba se necesita un molde metálico de 30cm de altura, 20cm en su base de apoyo y 10cm en el extremo superior el molde es conocido como molde Abrams. El molde se constituye con lámina calibre 16. Las bases deberán estar abiertas, paralelas entre si y normales al cono, constan además de asas de soporte y bisagra, se utiliza una varilla lisa con diámetro de 5/8” y 60cm de longitud. La prueba se lleva a cabo colocando el molde sobre una superficie horizontal y se vacía hasta rellenarlo tres capas de igual espesor con pasta cuya plasticidad se desea clasificar picando cada una de las capas 20 a 25 veces con la varilla para paisonar el material y eliminar las burbujas de aire. Se envasa el material a nivel de la base superior del molde, el cual se saca cuidadosamente hacia arriba. Sobre la superficie horizontal donde descansa el cono queda la pasta, que por falta de apoyo en las paredes laterales se dispersa según su fluidez. La diferencia en centímetro entre la altura del molde y la finalidad de la pasta seca de denomina revenimiento.

3.6.4 BOMBEO DE PASTAS

La más importante consideración en el diseño del sistema de bombeo, es efectuar la adecuada selección de materiales para preparar la pasta y tener un control granulométrico cuidadoso. Las pastas con revenimientos bajos requieren elevadas presiones de bombeo. Mientras que las que tienen altos revenimientos producen golpeteos en las bombas y producen asentamientos cuando las líneas se dejan cargadas. Los gradientes de presión aumentan al reducirse el diámetro de la tubería. Cambios pequeños en el revenimiento de la pasta, o de su densidad tendrán un efecto importante, sobre el gradiente de presión. 3.7. RELLENO COMBINADO El empleo de relleno combinado se da como una alternativa para aminorar costos o aprovechar otro tipo de material del cual se tenga disponibilidad, el adicionar otro tipo de materia aumenta el volumen del relleno, con la adición de otros materiales es posible modificar, la consistencia del relleno. Entre los tipos de relleno combinado normalmente utilizados se tienen: • •

Relleno con tepetate y jal Relleno con arena aluvial y jal, siendo añadido entre un 30 a70% de arena al material de jal para incrementar la resistencia • Relleno de pasta. También tenemos el material conformado de escorias granuladas de fundición, arenas secas, gravas, etc. Así mismo puede considerarse el relleno compuesto como una combinación de los rellenos anteriores. 4. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO 4.1. VENTAJAS DEL MÉTODO El método presenta baja dilución ya que es un método selectivo. Es posible trabajar vetas de poca potencia pero alta ley, utilizando la variante de descostre. La dilución debida al acarreo del mineral es mínima. Puede alcanzar alto grado de mecanización, y su aplicación puede presenta una amplia flexibilidad. Se adecua a yacimientos con propiedades físicos – mecánicas incompetentes. Aprovecha el material estéril generado tanto de obras coladas en estéril o el jal del proceso de concentración. Permite una disponibilidad inmediata del mineral. 4.2. DESVENTAJAS DEL MÉTODO

Los a los costos de explotación se le debe agregar el costo de la preparación, acarreo y colocación del relleno. En el caso del empleo de relleno hidráulico es necesario clasificar los jales, para eliminar lamas, para lo cual es necesario acondicionar una planta de tratamientos de jal. En el caso del corte y relleno con pasta es necesario considerar el costo del cemento ya que este puede encarecer el método y hacerlo inoperable. En el relleno hidráulico, se debe diseñar un sistema hidráulico, de manera que tenga capacidad de eliminar el agua contenida en el jal.

BIBLIOGRAFÍA

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