LaboreoII

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas Cátedra de Laboreo de Minas

CURSO DE LABOREO II Y EXPLOSIVOS

Profesores: D. Fernando Plá Ortiz de Urbina D. Juan Herrera Herbert y D. Víctor Manuel López Aburto Universidad de México

Abril 2002

FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS

LABOREO II Y EXPLOSIVOS

BIBLIOGRAFÍA LUIS DE LA CUADRA:

Curso de Laboreo de Minas.

G.J. YOUNG:

Elementos de Minería.

V. VIDAL:

Cursos de Explotación de Minas.

LANGEFORDS:

Voladura de rocas.

V.V. RZHEVSKY:

Opencast Mining. Unit Operations. Editorial MIR. Opencast Mining. Technology and mechanization..

HEISE-HERBST:

Compendio de Laboreo de Minas.

ROBERT N. PRYOR Y T.C. ATKINSON:

Open Pit Mining. Royal School of Mines. London.

FRITZSCHE:

Tratado de laboreo de minas.

J. LESOURNE:

Técnicas económicas y de gestión industrial. La filosofía KAIZEN

SUTULOV:

Minerals in world affairs.

PAUL A. HODGES:

Conferencias sobre minería a cielo abierto en Sud-Africa.

GEORGE.O'ARGALL:

Minerals transportation. Simposium del World Mining.

AIME-SME:

Finance for minerals industry. Surface Mining. 2th. Edition 1990. Surface Mining. 1st. Edition 1967. Economics of mineral industries. 4th edition . Mine investement analysis. Mining engineering handbook (2 tomos). Underground Mining methods handbook. Ore processing handbook. Industrial Minerals and Rocks (2 tomos). Mineral processing plant design. Elements of practical coal mining.

CATERPILLAR - FSA:

Programas informáticos EIA, MCS, MSC, FPC, LCC, EMF, RRR. Simposio sobre tendencias mineras de Tucson (Arizona). Manual de rendimientos. Edición 31 Informatizada

PROF. J.W. MARTIN:

Surface Mining Equipment. Colorado School of Mines.

DANIEL YERGIN:

La historia del petróleo. Plaza y Janes 1992.

SEREDA Y SOLOVIOV:

Perforación de pozos de petróleo y de gas Natural. Editorial MIR.

JEAN NOEL GIRAUD:

Geopolitique des resources minieres. Ecole des Mines de París

ENRIQUE AZCARATE:

Introducción a la metodología de investigación minera. I.G.M.E.

R. LUNAR Y R. OYARZUN:

Yacimientos minerales. Editorial CERA. 1991

CLUB DE ROMA:

The limits to growth.

FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS FERNANDO PLÁ et al:

LABOREO II Y EXPLOSIVOS

Minería a cielo abierto. Su presente y su futuro. Gijón 1967 Apuntes de Minería a Cielo Abierto. Cursos de postgrado y doctorado. Fundación Gómez Pardo. Manual de Perforación y Voladura. I.G.M.E-E.P.M. Diseño de Pistas Mineras. I.G.M.E.-E.P.M. Factores Geomecánicos en el Arranque. I.G.M.E.-E.P.M. Minería Química (con Llorente y Martínez Nieto) I.T.G.E.-E.P.M.

I.T.G.E.

Manual de arranque, carga y transporte en MCA. E.P.M. Manual de seguridad en explotaciones a cielo abierto. E.P.M. Granitos de España.. Mármoles de España. Pizarras de España. Directorio de la minería española.

FRANCISCO ROMAN:

Anuario de la Asociación nacional del plomo. Años 1990-1992

F. APARICIO IZQUIERDO:

Selección y formación del profesorado en EDUTEC.

MINISTERIO DE INDUSTRIA

Reglamento general de normas básicas de seguridad minera.

Y ENERGÍA:

Informes de la Comisión de Seguridad Minera. Años 1985 -1990 Colección de normas de Instrucciones Técnicas Complementarias

REPSOL EXPLORACIÓN:

Reglas básicas de seguridad.

RÍO TINTO MINERA:

Reglamento interno de seguridad.

M.L. MUIR:

Reclamation of surface mined land.

ENG.& MINING JOURNAL:

Operating handbook of mineral surface mining. Alluvial Mining Book.

INGEOPRESS..

Recursos Minerales

Prof. López Jimeno et al

Manual de evaluación y Diseño de explotaciones mineras. Manual de evaluación de yacimientos minerales. Manual de Áridos. Manual de Rocas ornamentales Manual de túneles y obras subterráneas.

FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS REVISTAS MINERAS:

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Industria Minera de la A N de Ingenieros de Minas de España Canteras y Explotaciones. España Rocas y Minerales. España Ingeopress. España Mining Engineering of American Institute of Mining Engineers. International Mining. USA Annales de Mines. Francia Mines et carriéres. Francia Engineering and Mining Journal. USA Mining Magazine. U.K. World Mining Equipment. USA Minerals Industry. U.K. Rocks products: USA Quarrying. Sud-Africa World Oil. USA Oil & Gas journal. USA Coal Age. USA World coal. USA Bulletin of the Institution of Mining and Metallurgy of London. U.K. Bulk solids handling. ALEMANIA Anuario del País de 1982 a 1993. ESPAÑA Alluvial Mining, EM/J Noviembre 1989. USA.

PROYECTOS FIN DE CARRERA DE LOS ALUMNOS-INGENIEROS DE LA E.T.S.I. MINAS DE LA U.P. DE MADRID: D. Miguel Fernández Pool D. Francisco Javier Querol D. José Ramón Molla D. Julio Lucini Baquerizo D. Arturo Gutiérrez del Olmo D. Manuel Jesús Jiménez D. Juan Luis Plá de la Rosa TESIS DOCTORALES D. Aristides Sotomayor D. Alejandrino Gallego D. Alfonso Gracia Plaza

FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Direcciones mineras en Internet de consulta. Organizaciones y Asociaciones mineras •

American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers

•

Centre for Energy & Economic Development

•

Chamber of Mines of South Africa

•

Copper Development Association

•

Instituto de Ingenieros de Minas de Chile

•

Institution of Mining and Metallurgy

•

Society of Mining, Metallurgy and Exploration

•

CIM. Instituto de Minería del Canadá

•

Instituto de Ingenieros Civiles de España

•

Asociación de Ingenieros de Minas de España

•

Global Mining Iniciative. Www.globalmining.com

•

Bureau de Recherches Geologiques et Minieres. www.brgm.fr

Empresas Mineras •

Arco

•

Ashland Coal Inc.

•

Barrick Gold Corporation

•

Broken Hill Propietary

•

Caterpillar Inc.

•

Detroit Diesel Corporation

•

Homestake Mining Company

•

Kaiser Aluminum Corporation

•

Newmont Mining Company

•

Peabody Holding Company, Inc

•

Phelps Dodge Corporation

•

Western Mine Engineering Inc.

•

Companhia Vale do RioDoce, www.CVRD.com.br

•

RioTinto. www.Riotinto.com

•

Billiton-BHP. www.billiton,com

•

M.I.M. Holdings Ltd www.mim.com.au

FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS Gobiernos •

Mine Safety and Health Administration

•

Office of Surface Mining

•

US Environmental Protection Agency

•

US Geological Survey

•

Instituto Geológico y Minero de España. www.igme.es

•

Ministerio de Industria de Francia. www.industrie.gouv.fr

Otros •

Info-Mine

•

MineNet

•

Mining USA

•

The Northern Miner

•

World Mining Equipment

•

Quadrem.com

•

Metal Bulletin, metallbulletin.plc.uk

•

Metal Prices. Metalprices.com

•

World Oil. Www.world.oil.com

Universidades •

Colorado School of Mines

•

New Mexico Institute of Mining and Technology

•

Pennsylvania State University Department of Energy, Environmental and Mineral : Economics

•

South Dakota School of Mines and Technology

•

University of Missouri-Rolla School of Mines

•

West Virginia University Mining Extension Service

•

Universidad Politécnica de Madrid. www.upm.es

•

Escuela de Minas de Madrid. www.minas.up..es

•

Ecole de Mines de Paris. www.ensmp.fr

•

Cepade Campus virtiual UPM. www. Cepade.es

•

Royal School of Mines. www. mt.ic.ac.uk

•

Asociacion de Escuelas de Minas Iberoamericanas. www.Minas.upm.es.aiesmin.htm

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CAPITULO XXV. CARACTERIZACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS Además de la clasificación de las rocas, según el origen geológico de las mismas, magmático, metamórfico y sedimentario, desde muy antiguo se han estudiado (MOHS) aquellas propiedades de diversa naturaleza que suministraban una mayor información de cara a la correcta selección de el sistema de arranque, carga y transporte más adecuado para un movimiento de rocas en la minería y las obras públicas. Pero durante la realización del proceso minero, la roca está sometida a unas importantes variaciones de carácter mecánico (impactos, corte, compactación, desplazamiento, etc.) que alteran su estado natural.

El proyectista minero debe estar familiarizado con las propiedades y características de las rocas, que con mayor frecuencia necesita para utilizar y seleccionar bien la maquinaria, tales como: -

Resistencias mecánicas a la acción de varias fuerzas.

-

Dureza, porosidad y fragilidad.

-

Densidad, humedad y esponjamiento.

-

Tenacidad, estabilidad y abrasividad.

Como puede observarse, alguna de esas propiedades son las que habitualmente se determinan en los estudios Geotécnicos (Véase el trabajo de "Factores geomecánicos que influyen en la selección de equipos de arranque, I.G.M.E. 1987"), aunque el enfoque y la finalidad de los mismos son, en parte, distintos, ya que dichos estudios se realizan estáticamente sobre la roca en su estado sólido natural, mientras que para la carga, transporte y apilado se requiere un conocimiento más dinámico de dichos parámetros por las variaciones que va a sufrir durante el proceso minero. No existe, prácticamente ningún ensayo de laboratorio que reproduzca ni siquiera de una forma aproximada, los mecanismos de rotura de la roca bajo la acción de un útil o vástago de acero y menos aún el grado de alteración que el tiempo y el proceso impondrán en el material rocoso. Además las muestras de laboratorio serán, por lo general, de un tamaño bastante menor que las zonas afectadas por dichos útiles en la roca.

Paralelamente a la dificultad en el conocimiento geodinámico de las propiedades de las rocas, con el aumento en tamaño de los equipos de arranque y la utilización de materiales especiales como aceros, agua, aleaciones, gomas y plásticos en las zonas de contacto con la roca o mineral, nuevos parámetros geotécnicos de los macizos rocosos han pasado a ser considerados en los trabajos de caracterización con vistas a su aplicación a la maquinaria. Así, se han empezado a estudiar las discontinuidades estructurales, su espaciamiento, su orientación, la forma de los bloques conformados, el material de relleno de las fisuras, y otros parámetros bastante más relacionados con la forma en que la minería se va a llevar a cabo en forma real.

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Por último, existen otros factores, que si bien secundarios en la mayor parte de los casos, puedan llegar a ser decisivos en el éxito o fracaso económico de la utilización de la maquinaria o equipo elegidos, tales como la capacidad portante de los terrenos, la pegajosidad, la abrasividad, etc.

La esencia de las operaciones mineras está en la capacidad del sistema para sobrepasar la resistencia que la roca opone a su separación, desagregación y transferencia a un nuevo lugar.

Cuando, como en la minería a cielo abierto, la mecanización es consustancial con el propio método, no es solo importante la separación del macizo rocoso y su transporte, sino que también se debe asegurar por el estudio y el conocimiento, que los medios de mecanización van a operar fiablemente a lo largo del tiempo y manteniendo una alta productividad y disponibilidad para lograr el deseado y necesario bajo costo operativo. De ahí que hayan surgido una gran cantidad y variedad de clasificaciones de los materiales rocosos, prácticamente una en cada país o bloque de países, con objeto de permitir tanto una comparación entre los diferentes materiales, como un principio de aproximación a la selección del sistema y equipo más apropiado para manipular el material.

CLASIFICACIÓN RUSA DE LAS ROCAS Citemos en primer lugar el sistema propuesto por el profesor Rzhevsky de la Academia de Ciencias de la URSS y basado en tres tipos de rocas básicas: Rocas compactas, rocas blandas y rocas sueltas. Para las rocas compactas utiliza un índice Pb llamado "índice de dificultad minera de la roca" que se define como: Pb = 0.005K1(Çc+Çz+Çt)+ 0.5j siendo: K1 =

Factor de fisuración de la roca

Çc =

Resistencia a la compresión

(kg/cm2)

(De 1 a 4500)

Çz =

Resistencia a la cizalladura

"

(De 0.1 a 750)

Çt =

Resistencia a la tracción

"

j =

Densidad de la roca

(ver anexo)

(De 0 a 430) 3

(kg/dm )

(De 1.2 a 4.8)

Basado en más de 500 experimentos sobre rocas compactas y por tanto excluyendo aquellos materiales que puedan considerarse como blandos o sueltos ha propuesto la siguiente clasificación:

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CLASE

Índice Pb

CATEGORÍAS

DEFINICIÓN

I

1-5

1,2,3,4,5

Alteradas y débiles

II

5.1 - 10

6,7,8,9,10

Rocas fáciles

III

10.1 - 15

11,12,13,14,15

Rocas Medias

IV

15.1 - 20

16,17,18,19,20

Rocas difíciles

V

20.1 - 25

21,22,23,24,25

Rocas muy difíciles

Raramente aparecen unas rocas con un Pb > de 25 y en general Pb es fácil de determinar con un error de un 5% perfectamente admisible en la determinación ingenieril para una correcta selección del método y de la maquinaria mineros y del sistema de mecanización más práctico. El índice Pb es más válido para el conjunto del sistema que para los índices particulares de perforación, voladura, de excavación y transporte para las unidades operativas.

Para los materiales rocosos más blandos el profesor Rzhevsky los subdivide en: Rocas densas con una resistencia a la compresión entre 50 y 200 kg/cm2, que podrán ser arrancadas directamente por la maquinaria minera aplicando unas fuerzas de excavación suficientes, con unos ángulos internos de fricción entre 16º-35º y una cohesión del orden de 5-40 kg/ cm2. Incluye algunos materiales como yeso, arcillas duras, pizarras jóvenes, los carbones bituminosos, etc. Rocas blandas con una resistencia a la compresión entre 10 y 50 kg/cm2. ángulo de fricción entre 14º y 23º y la cohesión del orden de 0,5 a 10 kg/cm 2, que son fácilmente operables con maquinaria minera por arranque directo. Tipo lignitos, ciertos fosfatos, arenas, bauxitas. Rocas sueltas, como las arenas homogéneas, que requieren muy pequeños esfuerzos de excavación ya que no existirá una cohesión o esta será menor de 0.5 kg/cm2 y un ángulo interno de fricción entre 19º-37º. Graveras, turberas, arenas silíceas, tierras y suelos. Rocas heterogéneas que incluyen las rocas blandas débilmente consolidadas de granos, más o menos gruesos, de origen calizo o silíceo con distribución granulométrica aleatoria. Una típica roca de este grupo son los depósitos hidráulicos de arenas y gravas en el borde o fondo de valles o ríos.

Un último grupo de las clasificaciones soviéticas son las rocas heladas a temperaturas menores de 0º en las que parte del agua contenida está en forma de hielo consolidando las partículas de roca o tierra. Corresponde al conocido Permafrost de las zonas de USA, Canadá, y la Unión Soviética. En ellas la resistencia a la compresión aumentará a medida que la temperatura será más baja, llegando a alcanzar los valores de las rocas duras.

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Valor de K1 para determinar el índice de dificultad minera. ROCA

TAMAÑO MEDIO del bloque en cm

I Muy fracturadas

< 10

II Fracturada

II Medio Fracturada

IV Poco Fracturada

VALOR K1

Metamórficas y Sedimentarias, alteradas, con fuerte tectónica y el material volado.

0.1-0.2

10 - 20

Sedimentarias, metamórficas, laminadas entre 700-1000 kg/cm2.

0.3-0.4

20 - 50

Metamórficas, ígneas y magmáticas entre 1000 y 1500 kg/cm2, afectados por tectónica moderada.

0.5-0.6

50 - 70

Sedimentarias, metamorfizadas, laminadas entre 700 y 1000 kg/cm2

0,650,75

70 - 100

Metamórficas, ígneas y magmáticas afectadas por tectónica moderada entre1000 y 1500kg/cm2

0.750.85

Compactas con poca afección tectónica y valores entre 1000 y 1500 kg/cm2.

0.850.90

120 -150

Rocas en aureola de efusivas entre 1500 y 2000 kg/cm2

0.900.95

> 150

Metamórficas e ígneas compactas y suma de las tres resistencias superior a los 2000 Kg/cm2

0.95-1

100 - 120

V Monolíticas

ROCA TÍPICA

CLASIFICACIÓN AMERICANA. El Profesor G.J. Young en su libro "Elementos de Minería" de 1954 sugería ya la siguiente clasificación de las masas de rocas, muy práctica y utilizada durante muchos años por todos los técnicos mineros de los países de influencia sajona. GRUPO

ROCAS

DEFINICIÓN

1

Muy duras

Macizos compactos sin planos de debilidad, cristalinos o muy bien cementados como son la mayoría de las rocas ígneas y algunas de las metamórficas.

2

Duras

Macizos con planos paralelos de discontinuidad, más débiles en la dirección de esos planos y más resistentes normalmente a ellos. Como por ejemplo, areniscas, calizas e ígneas laminadas.

3

Medias

Macizos con 2 o más planos paralelos de discontinuidad por causas tectónicas o estructurales como, pizarras, calizas miocenas, antracitas y fosforitas.

4

Blandas

Masas de rocas incoherentes, compuestas de fragmentos gruesos y finos más o menos unidos entre si como, arenas, brechas, conglomerados carbones y los casos de antiguos vertederos mineros.

5

Tierras y suelos

Masas de materiales plásticos y semiplásticos que se deforman fácilmente bajo presión y que tienden a compensar la presión rellenando los huecos. El índice de plasticidad viene determinado por el contenido de agua y la proporción de arcillas como los casos de, lignitos, turbas, residuos mineros de tratamiento, cobertera vegetal.

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CLASIFICACIÓN EUROPEA. Por otra parte y más recientemente el Profesor Rocha de la Universidad de Lisboa propuso una clasificación actualizada y cuantificada que resulta más práctica y útil y que fue aceptada en el Congreso Internacional de Mecánica de Rocas para la determinación de la clase o tipo de roca en función de un solo parámetro como es la resistencia a la compresión simple y que intenta abarcar las anteriores y variadas clasificaciones en una más internacional y sencilla. Es la más utilizada por los cursos de minería a cielo abierto en la Escuela de Minas de Madrid desde hace 15 años. CLASIFICACIÓN DE ROCHA TIPO

DEFINICIÓN

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE (MN/M2)

EJEMPLOS

I

Muy dura

> 200

Granitos duros de grano fino, dioritas, taconitas y cuarcitas.

II

Dura

60 -150

Pórfidos, basaltos, andesitas, gabros, skarns.

III

Media

20 - 60

Calizas, pizarras, areniscas, dolomías,

IV

Blanda

6 - 20

Yesos, carbones, bauxitas, lignitos negros, pizarras y calizas blandas.

V

Tierras

0.2 - 6

Lignitos pardos, arenas, gravas, antiguos vertederos de residuos mineros, caolines.

VI

Suelos

< 0.2

Arcillas, limos, fondos de ríos y lagos, turberas y residuos de tratamientos.

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CAPITULO XXVI. SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS MINEROS 1.- INGENIERÍA MINERA Dentro del concepto de ingeniería minera, figura como una parte importante y decisiva la determinación de la maquinaria necesaria para la realización del proyecto minero. Entendemos como ingeniería minera al conjunto de operaciones y procesos que van a permitir la planificación de la ejecución del proyecto de la mina a lo largo de su vida.

.

I N G E N I E R I A

* *

+ *

+

I D

HUECO

*

*

I * * * * * * * I. * * * * * * * * * * * * * * * .

I S E Ñ

* * * * * * *

*

Preparación Apertura Banco o nivel Acceso o galería Rampa o pozo

DRENAJE Y DESAGÜE

VERTEDEROS - RESTAURACIÓN

I O

+ Altura * Anchura * Longitud . Número

+ Caudales * Bombas . Tuberías + Exteriores *

Interiores

.

MAQUINARIA

+ Tipo-Energía. Primaria y secundaria * * Capacidad y cantidad. Organización * * Especificaciones y Conjuntos * * Rendimientos y Limitaciones * . Marca y/o Fabricante

PERSONAL

+ Técnicos y supervisores * * Operadores * . Mantenimiento

De la misma forma que la empresa minera otorga cada día una mayor importancia a la fase del diseño y al moderno problema de la restauración, un enfoque mucho más pragmático es conveniente que sea enseñado a los alumnos de las escuelas de ingeniería minera en el área de la correcta selección de la maquinaria, en lugar de favorecer unas enseñanzas tan artísticas e intuitivas como han prevalecido hasta ahora, ya que la dirección por las experiencias pasadas está siendo sustituida por una dirección por objetivos valorados. Una forma práctica es la enseñanza por la técnica de Estudio de casos mineros reales. Al fin y al cabo, la selección de maquinaria es un proceso más en la toma de decisiones de las inversiones, al estar incluido dentro de los apartados de capital, aunque inevitablemente conectado con el área de tecnología, ya que el verdadero objetivo de elegir una máquina es "realizar

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un trabajo determinado al menor costo operativo posible" y para ello es preciso tener un buen conocimiento de las funciones, rendimientos, especificaciones, consumos energéticos, personal necesario e incluso los efectos medio-ambientales consecuentes como ruidos, gases, vibraciones, etc, de las muchas alternativas u opciones existentes. Se trata, en consecuencia, de un área de frontera entre la tecnología y la financiación y, por tanto el ingeniero, debe ser consciente de las limitaciones de los recursos económicos, así como de las amplias posibilidades de producción y costo de cada una de las alternativas consideradas. Es una fase más de la serie de decisiones, que transforman el yacimiento en una verdadera mina económicamente explotable. Tres tópicos fundamentales son, actualmente, los criterios básicos para la selección de la maquinaria minera: -

La maquinaria prima sobre el diseño y la geometría de este se debe supeditar a aquella para lograr el menor costo y la mejor productividad, así como el trabajo más seguro.

-

A mayor inversión en una maquina suele corresponder un menor costo operativo y, viceversa, con una menor inversión se obtiene un mayor costo de operación.

-

La maquinaria debe asegurar, durante toda su vida, el suministro de mineral con la calidad deseada y con el mínimo costo posible.

Buscar un equilibrio y armonía en el diseño de la maquinaria, sin sacrificar la holgura necesaria para operar con seguridad y con eficiencia, así como no caer en el doble error de que: lo caro es lo mejor y lo más barato lo más económico, debe ser el objetivo final de una buena decisión que es tanto más difícil cuanto que son muchas las alternativas posibles y, en general, muy variadas. 2.- METODOLOGÍA DE LA SELECCIÓN DE EQUIPOS MINEROS. Básicamente el proceso metodológico que debe seguirse para tomar una decisión de selección de un equipo minero, que, si no es la óptima, si en principio debe ser la menos mala, se estructura de la forma siguiente, y siempre presidido por EL RIGOR Y LA HONESTIDAD profesional: 1º.-

Determinar y especificar las condiciones del trabajo a realizar por la máquina.

2º.-

Marcar las situaciones y condiciones de organización del trabajo (Días, relevos, horas, disponibilidad, ritmo, vida, utilización, etc).

3º.-

Diseñar, en base a los requerimientos anteriores, un esquema tentativo de trabajo o una alternativa base de valoración.

4º.-

Determinar los factores geomecánicos y técnicos del material rocoso a trabajar y señalar una opción tentativa, así como una serie de variantes que puedan alcanzar los objetivos de producción.

5º.-

Para todas las alternativas propuestas, establecer las especificaciones operativas del

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trabajo para cumplir los objetivos de producción (flota o número de unidades requeridas). 6º.-

Determinar los criterios específicos para cada máquina de los rendimientos, velocidades, energía específica, consumos, costes analíticos por concepto y proceso, amortizaciones, gastos financieros y generales.

7º.-

Seleccionar la alternativa que mejor satisfaga aquellos requerimientos de un menor costo a lo largo de la vida de la máquina y con unos plazos de entrega y de su montaje ajustados a las necesidades del proyecto.

8º.-

Determinar el fabricante o la marca, con el concurso del jefe o director de compras, generalmente por medio de un concurso cerrado de suministro y montaje.

En realidad el objetivo final es tomar una decisión de futuro, lo que implica un costo y un riesgo, que deben ser debidamente valorados en tiempo (disponibilidad) y dinero (costo total). Para ello, a veces, es preciso evaluar, no sólo los aspectos cuantificables, sino también otros valores subjetivos como, la seriedad del fabricante, el servicio post-venta, la previsión de obsolescencia, la facilidad de mantenimiento, el grado de aceptación por los futuros operadores, su movilidad, la intercambiabilidad de los conjuntos, etc., que en alguna manera simple deben ser cuantificados para tomar la decisión con mejor puntuación. Normalmente, un método de valoración, muy utilizado en la selección de alternativas, es el de "Análisis de Decisiones por Objetivos Ponderados", que consiste en fijar unos criterios específicos a los que se les asigna un cierto peso relativo en función de la importancia prevista. Para cada una de las alternativas o de las máquinas consideradas se aplican, a continuación, unas calificaciones parciales o probabilidades de cumplir cada objetivo, calculándose posteriormente la utilidad relativa de cada criterio multiplicando o valorando hasta el máximo valor concedido al peso del valor concedido por el peso otorgado y llegándose, con ello, a una puntuación total para cada alternativa con la suma de las relativas o la ponderación de las diferentes notas según un peso acordado (METODO KOEPNER-TREGOE). Entre los criterios pueden figurar algunos aspectos menos cuantificables, siendo una buena práctica la valoración y ponderación en equipo o en grupo de técnicos, comerciales y financieros mejor que la decisión individual. Se exponen dos formas de resolver la selección de unas ofertas de volquetes de gran capacidad en función de unos parametros prefijados y discutibles.

Reparto de votos = Cada miembro del equipo evalúa un 10 % y lo multiplica por el peso de considerado, y al final suma para cada alternativa. Comisión =10 miembros (5 expertos mineros locales) (3 expertos mecánicos) (2 expertos de planificación) CUT-OFF técnico = 50 Puntos, que eliminan a la alternativa, que no lo supera. CUT-OFF de entrevistas, visitas y presentación = 70 Puntos Nota Técnica= 0.8 x Ponderación técnica + 0.2 x Valor de la presentación Valor de la oferta económica = Oferta más económica / Oferta de la alternativa Nota final = 0.8 x Nota técnica + 0.2 x Valor de la oferta económica

cada parámetro

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EJEMPLO DE LA APLICACION DEL MÉTODO DE KOEPNER TREGOE POR VALORES MÁXIMOS

PARAMETROS

PESO

A

B

C

D

TEREX

TITAN

CAT

UNIT-RIG

VALOR

VALORACION 1.- Experiencia de la empresa

15

2.- Caracteristicas del equipo

15

14

40 8

6

7

7

8

2.2.- Caracteristicas de la trasmisión

4

4

4

3

4

2.3.- Peso

4

3

3

2

4

2.4.- Cubiertas

7

4

5

7

6

2.5.- Diagnóstico de mantenimiento

8

5

5

6

5

2.5.- Capacidad SAE en m3

2

2

2

2

2

2.7.- Espesor de la chapa

2

1

1

2

1

2.8.- Coste de personal

5

3

4

5

4

40

28

31

34

34

3.1.- Altura

10

7

7

8

8

3.2.- Anchura

10

8

7

6

10

3.3.- Longitud

5

4

3

5

4

3.-Caracteristicas geométricas

30

3.4.- Capacidad del habitaculo

5

3

3

5

4

30

22

20

24

26

4.1.- Nº volquetes mundo

5

4

2

5

4

4.2.- Nº volquetes pais

5

3

1

5

4

SUBTOTAL 4.- Experiencia en otras

15

4.3.- Nº volquetes cuenca SUBTOTAL

Ponderación Técnica

ENTREVISTAS, VISITAS

3

2.1.- Potencia del motor

SUBTOTAL

operaciones mineras

12

5

2

1

5

4

15

9

4

15

12

100

71

58

88

86

100

68

45

90

80

100

70,4

55,4

88,4

84,8

100

100

104,7

115

112,8

100

76,32

65,26

93,72

90,4

Y PRESENTACION

Nota Técnica = 0.8 * Ponderación Técnica + 0,2 * valor de la presentación PRECIO Nota Final = 0.8*Nota Técnica+ 0,2* precio minimo / precio oferta

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EJEMPLO DE LA APLICACION DEL MÉTODO DE KOEPNER TREGOE POR VALORES MULTIPLICADOS POR LA PUNTUACIÓN CONCEDIDA POR EL EQUIPO

A PESO PARAMETROS DE VALORACION 1.- Experiencia de la empresa

B

C

TITAN

puntos

D

puntos

TEREX

puntos

CAT

puntos UNIT-RIG

7

105

4

60

9

135

8

120

VALOR 15

2.- Caracteristicas del equipo

40

2.1.- Potencia del motor

8

7

56

7

56

8

64

9

72

2.2.-Caracteristicas trasmisión

4

7

28

7

28

6

24

8

32

2.3.- Peso

4

7

28

7

28

8

32

8

32

2.4.- Cubiertas

7

7

49

7

49

9

63

8

56

2.5.- Diagnóstico mantenimiento

8

7

56

7

56

7

56

7

56

2.5.- Capacidad SAE en m3

2

9

18

9

18

9

18

9

18

2.7.- Espesor de la chapa

2

6

12

6

12

9

18

9

18

5

6

30

8

40

9

45

9

2.8.- Coste de personal SUBTOTAL 3.- Caracteristicas geométricas

40

27,7

28,7

32

45 32,9

30

3.1.- Altura

10

6

60

6

60

8

80

8

80

3.2.- Anchura

10

8

80

7

70

8

80

9

90

3.3.- Longitud

5

6

30

7

35

9

45

7

35

3.4.- Capacidad del habitaculo

5

6

30

6

30

9

45

8

40

SUBTOTAL 4.-Experiencia en operaciones mineras

30

20

19,5

25

24,5

15

4.1.- Número de volquetes mundo

5

8

40

4

20

9

45

6

30

4.2.- Número de volquetes l pais

5

6

30

2

10

9

45

7

35

4.3.- Número de volquetes cuenca

5

4

20

3

15

9

45

7

35

SUBTOTAL

Ponderación Técnica

ENTREVISTAS, VISITAS Y PRESENTACION

15

9

4,5

13,5

10

100

161,7

112,7

205,5

187,4

100

68

45

90

80

100

143

99

182

166

100

100

105

115

113

100

134

100

169

155

Nota Técnica =0.8 * Ponderación Técnica + 0,2 * valor de la presentación

PRECIO Nota Final = 0.8 * Nota Técnica + 0,2* precio minimo / precio oferta

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3.- CRITERIOS ESPECIFICOS DE VALORACION Los criterios específicos a los que se deben otorgar una ponderación y una posterior valoración se subdividen en: -

Criterios de Rendimiento.

-

Criterios de Diseño.

-

Criterios de Servicio.

-

Criterios Económicos.

Criterios de rendimientos Estos criterios, están directamente ligados a la productividad, y deben incluir conocimiento o cálculos como los siguientes: -

Capacidad de producción individual o combinada.

-

Fuerzas de excavación y transporte. Energía específica.

-

Alcance y perfil del camino.

-

Altura de excavación.

-

Altura de vertido o descarga.

-

Alcance máximo o medio.

-

Presión sobre el terreno.

-

Velocidades de desplazamiento y giro.

-

Aceleraciones y frenados.

-

Limitaciones y capacidades para remontar pendientes y trabajar en desnivel.

-

Esfuerzos de tracción, resistencia a la rodadura, etc.

-

Limitaciones metereológicas.

Criterios de diseño El segundo grupo debe incluir aquellos criterios que puedan mostrar una visión crítica de la calidad y efectividad del diseño geométrico y mecánico de la máquina o del sistema, tales como los siguientes: -

Potencia total.

-

Vida de servicio útil.

-

Dimensiones.

-

Robustez.

-

Estabilidad y altura sobre el suelo.

-

Configuración básica (geometría, complejidad, construcción modular, accesibilidad de órganos).

-

Componentes (Intercambiabilidad de los conjuntos, vida de

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los componentes críticos) -

Plazo de construcción y montaje.

-

Apariencia o imagen.

-

Armonía y equilibrio con otros equipos del sistema.

-

Facilidad de mantenimiento y reparaciones.

-

Limitaciones por altitud, temperatura o vientos.

-

Limitaciones geométricas por el circuito.

-

Niveles de ruido, polvo y gases.

-

Esfuerzo y habilidad requeridos al operador.

-

Seguridad y visibilidad del operador.

-

Potencia y características del sistema de trasmisión mecánico, eléctrico, hidráulico.

-

Capacidad de respuesta ante emergencias.

-

Fuente y costo de la energía primaria.Actual y futuro.

-

Sistema de control y de diagnóstico en cabina.

-

Protecciones de los elementos críticos.

-

Equipos extintores o de protección de incendios.

-

Accesorios y equipos opcionales.

Criterios de servicio Los criterios de servicio que deben tenerse en cuenta serán aquellos factores necesarios para lograr el buen ritmo y continuidad de una buena operación: -

Maquinaria auxiliar requerida.

-

Repuestos mínimos en almacén.

-

Frecuencia de mantenimiento y repostado.

-

Mantenimiento en campo o taller.

-

Adiestramiento o cualificación del personal de operación y mantenimiento.

-

Dotación de herramental en campo o taller.

-

Porcentaje del mantenimiento exterior y extranjero.

-

Engrase centralizado y automatizado.

-

Aire acondicionado y presurizado.

-

Instalaciones auxiliares complementarias. Red eléctrica y transformadores.

-

Tipo y suministro de energia.

-

Normalización y nacionalización de componentes de uso más frecuente, para lograr un suministro más seguro y barato.

-

Apoyo y calidad del servicio de asistencia por los fabricantes y/o sus distribuidores

-

Tiempo de suministro de repuestos principales. Garantias.

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Criterios economicos Por último, los criterios económicos deben incluir: -

El precio de adquisición, el posible valor residual y las condiciones de pago aplazado y las moratorias.Todo ello para:

-

-

La maquinaria Básica.

-

Los accesorios y complementos.

-

El transporte desde la fábrica a la mina.

-

Contrapesos.

-

El montaje y la puesta en servicio.

-

Revalorización en el tiempo. Factor de obsolescencia.

Los costes de propiedad, amortización, intereses, seguros e impuestos. Ayudas y subvenciones. Descuentos y comisiones. Los aranceles.

-

Los costes de operación: -

mano de obra,

-

energía,

-

repuestos y materiales,

-

reparaciones y mantenimiento,

-

lubricantes,

-

Costes opcionales, formación de personal, supervisión, almacenes, repuestos.

-

Tiempos de puesta a punto y parada.

-

Comparación con las posibilidades de subcontratación por hora de trabajo o por unidad de producción.

La realización de las tablas de valorización de cada alternativa debe ser llevada a cabo en una forma, ordenada y comparativa, similar para todas las opciones. Es recomendable el uso de técnicas informáticas (Hojas de calculo) para tener unas más fáciles comparaciones entre las distintas soluciones o de las alternativas, bien individualmente para cada máquina o bien para el conjunto o la flota que compondrá el sistema minero proyectado.

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CAPITULO XXVII. EL ARRANQUE POR PERFORACIÓN Y VOLADURA.

*

DEFINICIÓN DEL ARRANQUE: Se define como arranque a la fragmentación del macizo rocoso a un tamaño que pueda ser manipulado por el sistema posterior de carga y transporte.

Como se puede realizar directa o mecánicamente o bien por medio de la voladura con explosivos es preciso definir el límite del arranque mecánico, también llamado límite de ripabilidad; éste es un concepto económico que separa el punto en que el arranque mecánico o directo es, no solo posible, sino más barato que mediante el arranque por perforación y voladura. Todo material es arrancable directamente, puesto que lo es el diamante, luego no es un límite técnico, sino económico, que se debe determinar para cada tipo de material en cada zona de roca diferenciada dentro de la cuenca minera.

Los condicionantes del arranque por voladura son: LA ROCA

=

El fin

LA GEOMETRÍA =

La perforación del barreno

EL EXPLOSIVO =

El medio

1. LA ROCA. La clasificación europea de las rocas estudiada en el capitulo anterior, establece que el sistema de perforación y voladura es el más económico para aquellas rocas de resistencia superior a los 400 kg/cm2 en la MCA; en el caso de las obras públicas este limite puede elevarse hasta unos 600 kg/cm2 al ser menores los volúmenes y más variables las condiciones. Probablemente en la excavación de los túneles por escudo o topo se pueden alcanzar, hoy en día, uno límite o valor económico del orden de 1 000 Kg/cm2. Desde el punto de vista del arranque los tres últimos tipos son claramente arrancables por medios mecánicos y si en ellas tenemos que perforar puede ser para pilotar o empernar las fundaciones de ciertas obras civiles, pero no para un arranque minero. En el tipo III de roca mediana encontramos la dificultad de fijar el límite económico de ripabilidad o de arranque directo, lo cual plantea un importante problema de indecisión que, en los casos mineros, se debe resolver casi siempre a favor de la perforación y voladura. "En caso de duda vuela" Los tipos I y II son claramente arrancables por medio de voladuras con explosivos y así se estima para el próximo futuro inmediato. La única diferencia entre ambas clases está en la mayor facilidad de perforación y dificultad en volar del tipo V al contrario del tipo V. en la que es mayor problema perforar que el volar.

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2. LA PERFORACIÓN. Tiene como misión minera principal conseguir una adecuada distribución geométrica de la energía del explosivo en el macizo a volar. Además de la función normal de perforar para volar, pueden ejecutarse otras funciones con la perforadora como son: -

Testificar el polvo para el análisis de leyes.

-

Empernar para la colocación de cables tensores.

-

Drenar un flujo de líquido en el talud.

-

Explotar un flujo de agua.

-

Pilotar para cimentar las fundaciones civiles.

La perforadora es una máquina o un sistema de penetración en un macizo rocoso constituido por cuatro elementos básicos:

MAQUINA + BARRA + BOCA + BARRIDO

La máquina más la transmisión más la boca sirven para penetrar y el fluido para extraer el detritus del avance. La máquina transforma la energía primaria en una fuerza de impacto y en un par de rotación. La transmisión transporta, por medio del tubo o barrena, la energía transformada, a través de la longitud del barreno, hasta la boca que establece el contacto con la roca. El útil, broca o boca concentra la mayor parte de la energía en unos puntos fijos y concretos de la boca, llamados dientes, sobre la superficie de la roca, para lograr trocearla en unas pequeñas esquirlas o detritus de la perforación. El fluido debe lograr la extracción o salida de los trozos de roca fragmentados en el fondo del barreno y transportarlos fuera del mismo y así mismo debe contribuir a refrigerar la boca del calor generado por el trabajo de penetración.

Una primera clasificación de las máquinas de perforación puede hacerse en función de algunas características como las siguientes:

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Máquina

Transmisión

Boca o útil

Fluido

Por su tamaño

Por su montaje

Por su energía

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+ Martillo en cabeza * Martillo en fondo DTH . Hidráulica + Trépano . Tricono

+ Percutiva * * Rotativa * . Térmica

*

Jet Piercing o soplete

+ Barra normal * Barra helicoidal . Tubo ó barra - tubo

+ Percusión . * . Tricono

+ Trépano o trialeta T botones

I bisel I acero . widia

+ Aire Comprimido * Agua con o sin lodos . Mixto + Pequeña * Mediana . Grande -

menor de 3" (75 mm.) entre 3" y 6" (75 a 150 mm.) mayor de 6" (150 mm.)

+ * * .

Independiente Semiautónomo SobreOrugas Sobre Camión

+ * * * .

Aire comprimido. Hidráulica. Eléctrica. Diesel. Mixta.

Por su aplicación

-

sin propio generador dependiente de compresor o red más mineras y fijas más obras públicas o contratas Alta o media presión Bombas y motores de aceite Motores y transmisiones eléctricas. Motor principal y de traslación. Combinando algunas de las anteriores.

+ Minería subterránea * Minería a cielo abierto . Explotación de fluidos

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Equipos de perforación subterránea. La perforación para la producción de mineral y de galerías en realce por subniveles, embudos verticales y hundimiento por subniveles es una tarea distinta y muy especializada en cada caso. Los barrenos están dirigidos en ángulos predeterminados de la galería o el tajo, cada barreno debe tener una longitud determinada. La geometría de perforación determina el diseño y la capacidad del equipo de perforación, que debe mantener la deslizadera y la perforadora firmemente en la dirección deseada.

Se usan unas perforadoras especiales con accionamientos hidráulicos para barrenos largos en el equipo de perforación junto con barras de extensión. Se usan martillos de fondo para la perforación de barrenos muy largos de diámetro grande (4-6,5"). La exactitud de perforación es de suma importancia para los resultados exitosos de la voladura con barrenos largos. La exactitud se puede incorporar en cierto grado en los equipos de perforación, pero depende, de forma importante de la habilidad del operario. No se puede eliminar por completo la desviación de barrenos, por esto se debe incorporar siempre un margen de seguridad en el esquema de voladura. Algunos jumbos actuales incorporan equipos Láser de posicionamiento en la galería o

JUMBO MÓVIL PARA PERFORACIÓN EN AVANCE DE GALERÍAS

*

tajo con unos microordenadores que llevan programas con los esquemas de tiro de los barrenos. Las barras de extensión se manejan normalmente por el operario del equipo de perforación. El operador de un equipo de perforación de barrenos largos se encuentra expuesto a agua de barrido y detritus. EI dispositivo mecánico de manejo de las barras es, por esto, un accesorio conveniente en el equipo moderno para la perforación de barrenos largos de interior, que llegan a unos niveles de automatización que no requiere la presencia del operador.

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PERFORACIÓN CON JUMBO DE BARRENOS VERTICALES Y CON CONTROL DE BARRAS MECANIZADOS * *

Equipos de perforación a cielo abierto

*

El uso cada vez más extendido de las perforadoras rotativas de gran diámetro ha hecho estas máquinas las más habituales en la minería a cielo abierto a partir de las 7 7/8" (175 mm) y con transmisión de la potencia por energía eléctrica de alta tensión, empleando la corriente continua para la rotación del motor principal y la alterna para el compresor de baja presión (40-50 psi), y con accionamiento por bombas hidráulicas de los movimientos de traslación por orugas planas, con una torre de perforación tabular con altura suficiente para perforar el banco con una sola pasada de la barra, que en general es un tubo de un diámetro ligeramente inferior a la boca de perforación para lograr la velocidad anular del fluido suficiente.

La tendencia actual es hacia el uso de bocas de perforación superiores a las 10" (250 mm) habiéndose llegado a utilizar triconos de widia de unas 15" (375 mm). La sarta de perforación está constituida no solo por la boca y la barra, sino también por el acoplamiento o swivel y por el estabilizador o centrador del sistema para reducir las desviaciones en los barrenos largos y algunas veces inclinados. Para las obras públicas o canteras de menor importancia es normal utilizar la traslación sobre camiones con trasmisiones independientes y siempre con menor diámetro de perforación que en el caso de las perforadoras eléctricas de las grandes minas a cielo abierto

También para canteras y obras civiles de menor producción y mayor movilidad, así como con una menor preparación de la superficie del banco a perforar se emplean los llamados carros perforadores con accionamiento Diesel tanto de las bombas hidráulicas que ac cionan los movimientos principales, como del compresor que da el aire comprimido a presión normal (100 psi)

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para el accionamiento en cabeza como a presión alta (250 psi o más) para el caso de los martillos en fondo.

MÁQUINAS DE PERFORACIÓN PEQUEÑAS

*

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ESQUEMA DETALLADO DE UNA PERFORADORA ROTATIVA ELÉCTRICA

SARTA DE PERFORACIÓN CON TRICONO

*

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3. LOS EXPLOSIVOS. Son el resultado de una mezcla de sustancias combustibles y oxidantes que iniciadas debidamente dan lugar a una reacción química muy rápida y exotérmica, la cual libera una energía cinética que se transmiti por mecánica ondulatoria al medio rocoso adyacente. Ejemplo de la nagolita

3NH4NO3 + CH2 -----------> 2H2O + CO2 + 3N2 + 940 cal/kg. oxidante + combustible

gases

+ Energia

La técnica de detonación se desarrolla en tres tiempos: Detonación ---------> Impacto Reflexión ----------> Tensión Explosión ----------> Reflexión

Los explosivos tienen realmente una baja energía y una enorme potencia por desarrollarse la reacción en un tiempo extremadamente pequeño (en milisegundos).

POTENCIA=

ENERGIA = 1000 kcal/kg TIEMPO 5ms

=200Mcal/kg/seg*837MW/kg

de donde se puede deducir que, en principio, es un proceso enormemente ineficiente, que actualmente trata de mejorar su rendimiento a través del uso de explosivos de menor potencia.

Tipos de explosivos. Como ya se ha estudiado en otro parte del curso y puede comprobarse en el Manual de Perforación y Voladura editado por el IGME, la clasificación practica de los explosivos en la MCA es: Dinamitas con base nitroglicerina Baja densidad con base nitrato amónico. Papillas o slurries. Emulsiones.

El 90% de la minería a cielo abierto mundial utiliza como explosivo principal la nagolita o ANFO con un 94,5 % de Nitrato Amónico y un 5,6% de gas-oil. Los otros explosivos disponibles en el mercado son la excepción minera para aquellos casos o zonas en las que se requiera una mayor

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resistencia al agua o una mayor densidad de carga, para vencer una fortísima resistencia de la roca o si se deseara disponer de una muy elevada velocidad de detonación. La aplicación correcta y selección de un explosivo debe de corresponder a la ley de Hino que recomienda la equiparación de las impedancias: Impedancia de la roca = Impedancia del explosivo. Velocidad sísmica de la roca X Densidad de la roca = Velocidad de detonación del explosivo X Densidad del explosivo.

4. LA VOLADURA. Es la fragmentación de un macizo rocoso a través de la liberación de la energía química contenida en un explosivo, en un lugar y en una cantidad adecuados, limitando tanto el costo, como la fragmentación, la proyección, las vibraciones y el ruido. Por tanto la distribución espacial del explosivo en el interior del macizo rocoso a fragmentar es fundamental para conseguir los objetivos señalados.

Además de la utilización del explosivo adecuado para la consecución de los fines señalados en la operación y organización de una voladura se requieren algunos accesorios para su correcta realización, que nos permitirán la mecanización de una operación minera que debe partir del principio organizativo de mayores voladuras y menos veces. Si es posible tan solo una voladura a la semana en lugar de volar todos los dias

5. ACCESORIOS PARA LA UTILIZACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS EN LA VOLADURA. + Eléctricos * Mecha . NONEL *

* Detonadores

* Explosores y comprobadores * Cordón Detonante * Cebos e iniciadores

* Sistema de carga

*

+ Manual * * Semiautomática * . Automática

+ sacos * . cartuchos

- Cargadora - Camión mezclador

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6. CÁLCULO DE VOLADURAS EN BANCOS DE MINERÍA A CIELO ABIERTO O DE INTERIOR 1) Determinación de los parámetros geométricos Existen una gran variedad de formulas,desde hace dos siglos, a partir de la inicial de Blondell, artillero de Napoleón, que ya fijo la constante de la carga especifica como relación entre la carga total del explosivo y el volumen de roca a volar.

Las fórmulas más conocidas y utilizadas en la MCA son las siguientes: LANGEFORDS: estableció la función existente entre la carga Q y la piedra V: Q = K2 V2 + K3 V3 + K4 V4 Para De< 100 mm. Q = 0, 028 * V2 + 0,4 * c * V3 De V = 33

En casos muy prácticos se utilizará : V = 36 * De para los

P* s E c*f * V

diámetros menores de 100 mm.

E

E

T

H V

S

GEOMETRÍA DE TIRO EN BANCO

GEOMETRÍA VOLADURA EN GALERÍA

LIVINGSTONE: En base a su teoría del crater y de un modo simplista y práctico basado en la realización de ensayos de campo o en el resultado de muchas voladuras de prueba recomienda: V = K * De fórmula en la que K es un parametro que oscila entre 36 como valor para los diámetros pequeños y 30 para los diámetros grandes. Siendo De el diámetro del explosivo a utilizar, que coincidirá con el diametro del barreno en el caso de utilizarse un explosivo a granel.

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ASH - PEARSE: Ha sistematizado, a través de una labor estadística, los parámetros geométricos en una tabla que los define con las unidades en pies.

PARAMETRO GEOMETRICO Piedra Subperforación Profundidad del barreno Retacado

*

Separación entre barrenos

FORMULA

VARIACION DE K

V = Kb * De/12

Kb entre 7,7 y 10,8

S = Ks * V

Ks entre 0,2 y 0,4

H = Kh * V (*)

Kh entre 1,5 y 4,0

T = Kt * V

K t entre 0,7 y 1,0

E = Ke * V

Ke entre 1,0 y 1,25

(*) Altura crítica H = 2V La nueva teoría sueca permite llevar Ke hasta 4 - 8, pero manteniendo V*E. = cte.

2) Determinación de la carga específica: Estadísticamente y en las condiciones normales de los bancos de minería a cielo abierto podrá establecerse inicialmente que: q = 350 grs/m3 (1± 0.25) equivalente a unos 130 grs/t (1 ± 0.25) de ANFO como carga de explosivo que puede oscilar en un rango::

para rocas medias

- 270 grs/m3 = 100 grs/t

"

"

duras

- 350 " "

= 130 " "

"

"

muy duras

- 435 " "

= 160 " "

De la carga específica, al menos un 80% deberá ser en base al uso de Nagolita por su costo más económico, tratando de llevarlo al 95% si las condiciones de humedad y altura de banco lo permiten. Esta recomendación debe posteriormente ajustarse en cada mina para tratar de optimizar el resultado final por costes, vibraciones y fragmentación.

Para la realización de prevoladuras puede llevarse el consumo a un nivel del 50% la carga específica, siendo aún menor en las voladuras especiales de precorte o demolición, pero siendo muy importante la geometría detallada del reparto de la carga en el macizo a cortar o demoler.

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COSTE DEL ARRANQUE CON PERFORACIÓN Y VOLADURA Adjuntamos unos gráficos para varios casos correspondientes a los costes por separado de la perforación y la voladura en bancos de cielo abierto con distintos diámetros y para diferentes tipos de rocas en los que resulta facil comprobar que el coste del arranque disminuye con el mayor diametro y que aumenta al tener las rocas unas características más resistentes.

COSTE TOTAL

ROCA DURA

ROCA MEDIA ROCA BLANDA

DIAMETRO DIAMETRO

COSTE DE PERFORACION

DIAMETRO

COSTE DE VOLADURA ROCA DURA

ROCA MEDIA ROCA BLANDA

DIAMETRO

COSTES DE ARRANQUE CON PERFORACIÓN Y VOLADURA

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CAPITULO XXVIII. MAQUINARIA O SISTEMAS DE ARRANQUE DIRECTO En el Cuadro adjunto se relacionan los distintos equipos utilizables en las operaciones de arranque, tanto en la Minería a cielo abierto como en las obras civiles similares. CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS DE ARRANQUE EN MINERÍA MÉTODO DE ARRANQUE

DIRECTO

DIRECTO

INDIRECTO

SISTEMA DE OPERACIÓN

CONTINUO

DISCONTINUO

DISCONTINUO

Rotopalas

Tractor de ripado

Perforación

Minadores verticales

Excavadora de cables

Voladura

Minadores horizontales

Excavadora hidráulica

Dragas de cangilones

Pala cargadora

Rozadora móvil

Dragalina

Monitor hidráulico

Mototrailla

Cortadoras de rocas ornamentales

Grúas almejeras y Torres

EQUIPOS

Como puede observarse, existen una gran variedad de equipos para realizar el arranque de las rocas y cada uno de ellos lo efectua de un modo distinto, por lo que es imprescindible una caracterización previa de los macizos rocosos, cualitativa y cuantitativamente, así como un conocimiento exacto de la forma de trabajar de cada máquina para efectuar una selección inicial.

CLASIFICACION DE LOS METODOS DE ARRANQUE DIRECTO (ADLER 1986)

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Adler (1986) clasificó las técnicas de arranque directo en cuatro grupos, que se pueden observar en el cuadro adjunto, atendiendo a: -

la resistencia de las rocas.

-

los movimientos principales de las herramientas de fragmentación en el frente de trabajo

-

empuje que ejercerán las máquinas sobre estas para penetrar en la roca.

En cuanto a los movimientos pueden ser: -

circulares y en el mismo frente de arranque, como ocurre con los topos en los túneles;

-

perpendiculares y circulares, como sucede en las excavaciones con minadores

-

perpendiculares y curvilíneos, cuando se trabaja con una excavadora de cables o con las rotopalas,

-

perpendiculares-rectilíneos cuando se opera con una draga o con una mototraílla.

Por otro lado, los mecanismos de rotura de la roca dependen de: -

las características resistentes de estas,

-

las discontinuidades o planos de debilidad de los macizos,

-

los esfuerzos de la excavación que ejercerán las máquinas o útiles.

En la figura adjunta puede observarse como trabaja un útil en las diferentes formaciones cuando éste penetra en las mismas:

- En las rocas duras y quebradizas son las tensiones de compresión y de cizallamiento que se generan las que dan lugar al proceso de separación de los fragmentos;

- En los materiales plásticos y en los dúctiles se produce una acción de corte por el efecto de cuña y en rocas de características intermedias el arranque se consigue por la concentración de tensiones en planos o superficies de menor resistencia.

MECANISMOS DEL ARRANQUE DE UN ÚTIL DE CORTE SOBRE UNA ROCA

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Entre todas esas formas de excavación existen casos intermedios complejos, que combinan diversos mecanismos, y otros aspectos como pueden ser la formación de las esquirlas durante la perforación rotopercutiva o el ripado o escarificado con tractor en terrenos muy diaclasados o fracturados, según se observa en la figura y que lo mismo puede representar el diente de un riper, como el diente de una boca de perforación rotativa o la acción del labio de la cuba de una rotopala o los dientes de una rozadora o borer.

A continuación se describen brevemente los principales equipos de arranque directo que se utilizan en la minería a cielo abierto y que tienen sus equivalentes en pequeñas dimensiones para la minería de interior de sales, carbones y materiales blandos.

MAQUINARIA O SISTEMAS CONTINUOS DE ARRANQUE DIRECTO A. Rotopalas o máquinas de arranque por rodetes

*

*

*

Las rotopalas o excavadoras de rodete, son unos equipos dotados de un dispositivo circular de tipo noria, cuyos cangilones realizan las funciones de arranque y carga. El material fragmentado se vierte sobre un sistema de tolvas y cintas que los transporta a su destino final.

Estos equipos comenzaron a utilizarse en Alemania, a principios de siglo, sobre unos materiales poco consolidados, dando su nombre en minería a cielo abierto al denominado Sistema Alemán.

La operación de arranque se realiza por la acción de corte de cada uno de los cangilones a través de los dientes o de los labios de la cuba del rodete en el curso de su movimiento circular ascendente o descendente apoyándolo en el frente de trabajo. Una vez que el cangilón alcanza la cota superior del rodete o de la terraza, se realiza automáticamente la descarga sobre una tolva-cinta transportadora paralela al mismo, hasta el eje de giro de la rotopala, trasfiriéndose a continuación sobre un sistema de cintas intermedias o directamente sobre un carro tolva o sistema general de transporte y vertido. La fuente de energía primaria es eléctrica, aunque recientemente, y en algunos de los modelos de capacidad pequeña y media, puede ser también Diesel y con los accionamientos secundarios hidráulicos. Las tensiones eléctricas de trabajo superan normalmente los 5 000 V. Actualmente existen equipos con una capacidad de arranque teórica de hasta 240 000 m3 b/día, siendo los normales más pequeños. El campo de aplicación de las excavadoras de rodete de cierta capacidad, es, por sus dimensiones y altos costes de inversión, muy específico. Desde un punto de vista geomecánico actualmente las rotopalas llegan a arrancar materiales con

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una resistencia al corte de unos 2.000 N/cm2.

ROTOPALA DE ARRANQUE, CARGA Y VERTIDO DIRECTO

EXCAVADORA DE RODETES PARA TRABAJO FRONTAL Y RETRO

ROTOPALA HIDRÁULICA MÓVIL Y PEQUEÑA

B. Minadores. Son equipos de arranque selectivo dotados de un cabezal cilíndrico cuya periferia realiza el arranque de la roca por la acción de una serie de herramientas de corte distribuidas sobre el mismo, bien en forma de picas, de dientes o de pequeñas cubas. Los diferentes diseños de la cabeza de arranque dan lugar a los siguientes equipos, existentes en el mercado actual, y cuya aplicación fundamental es en la minería subterránea de rocas blandas como fosfatos, sales evaporíticas o carbones, aun cuando su aplicación a la minería a cielo abierto es objeto de

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investigaciones y desarrollos o ensayos. Así mismo es una técnica de arranque con grandes aplicaciones en la apertura de túneles (canal de la Mancha) y de pozos en las labores de preparación de interior.

1. Minadores horizontales. Son los más usados actualmente, y se pueden denominar minadores continuos de ataque puntual. En esencia, consisten en un chasis sobre orugas provisto de un tambor o helicoide portapicas, que realiza la excavación del material mediante un rozado en profundidad variable, y con unos

MINADOR CONTINUO DE ARRANQUE INFERIOR

MINADOR CON CABEZA DE RODETE MÓVIL FRONTAL

dispositivos para la recogida, la evacuación y una posterior transferencia sobre camiones, vagones o sistemas de cintas. El accionamiento puede ser de tipo Diesel-hidráulico o eléctrico con potencias de hasta 900 KW y con una capacidad de hasta 1000 t/h. Se utilizan también para remover el material asfáltico de las carreteras para su reciclaje posterior.

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TUNELADORA O BORER DE CABEZA CORTANTE Y FIJA

*

*

2. Minadores de rodete. Este equipo es un híbrido de rotopala y minador horizontal, como se puede ver en la figura. Monta en un lateral un rodete de eje horizontal, con los cangilones distribuidos en su periferia, que arrancan el material por pasadas sucesivas. El sistema de la recogida, evacuación y transferencia es similar al descrito en el equipo anterior, así como su accionamiento o transmisión de tipo dieselhidráulico y potencias de hasta 1.200 KW.

3. Minadores de cabeza móvil. Son una adaptación al cielo abierto de los minadores subterráneos más habituales y bien desarrollados en el mercado. Consisten en un chasis sobre orugas, con la posibilidad de uno o varios brazos, de orientación y alcance variable en cuyos extremos se situa el cabezal de corte. El material fragmentado desliza por gravedad sobre un sistema de carga y evacuación, con transferencia final sobre camiones, cintas o montones paralelos al frente de trabajo. Los cabezales de corte pueden girar en línea con el eje del brazo o perpendicularmente a este.

MINADOR CONTINUO EN POTASAS

*

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MINADOR CON RODETE FIJO INFERIOR

Su accionamiento puede ser diesel o electro-hidráulico.

Se ha anunciado recientemente la

fabricación en España de un minador de diseño modular para su utilización en minas de Carbón para rocas de dureza media por la firma TAIM.

4. Monitor hidráulico El monitor hidráulico consiste en un cañón de agua, cuyo efecto de presión y ataque sobre el material produce su disgregación y posterior arrastre hacia unas zonas predeterminadas en donde se bombea el solifluido o pulpa.

MONITOR HIDRÁULICO DE ALTA PRESIÓN

*

Se aplica en materiales escasamente consolidados, como los que caracterizan los depósitos aluviales y los suelos de recubrimiento, o en materiales disgregados como el caolín.

El monitor consiste en un cañón orientable con un movimiento automático en los planos horizontal y vertical, dispuesto sobre patines para facilitar su traslado y conexión a una red general de suministro de agua. El cuerpo del monitor tiene un diseño curvo en S, que es capaz de absorber

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o eliminar las componentes de las fuerzas de reacción, permitiendo un fácil manejo, según se puede observar en la figura. El tramo curvo es de una sola pieza fundida, sin soldaduras para reducir las pérdidas de carga y fisuras.

Los parámetros más importantes del equipo son el diámetro de la tobera y la presión de trabajo. Los valores más frecuentes corresponden a unos diámetros superiores a 75 mm, con unas presiones entre 0,6 y 1 MPa, suministradas por bombas centrífugas individuales o montadas en serie con potencias por encima de 150 kW.

D. Dragas hidráulicas.

*

La minería hidráulica desde hace cientos de años especialmente en Holanda utiliza un sistema de arranque continuo para los blandos fondos de ríos, lagos o mares en base a la utilización de unas grandes barcazas que a través de sistemas de corte por cubas, por succión o cabezas cortadoras envían el material hacia la superficie del barco en donde es tratado en la planta en el caso del mineral o transportado hacia la playa mediante tuberías o a barcazas que lo transportan hacia el depósito final.

DISPOSICIÓN GENERAL DE DRAGA CON CABEZA CORTADORA

*

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En orden a obtener un corte satisfactorio la cabeza debe disponer de movimientos verticales y horizontales. Desde la cabeza cortadora hasta el barco y desde éste a la playa se utilizan bombas de sólidos que efectúan el transporte por tubos o mangueras. u utilización no es solamente en la explotación de placeres o aluviones sumergidos, sino también en muchos proyectos de construcción y obras públicas de puertos, canales y reclamación de pantanos y de presas de residuos mineros. Existen gran variedad de sistemas y de tamaños y marcas de dragas, especialmente holandesas, como la firma BOSKALIS o americanas como ELLICOT, ésta más especializada en la minería hidráulica del oro e incluso con doble cabeza cortante, una para el estéril con más y mayores cangilones y otra más pequeña, pero más potente y selectiva para el horizonte mineralizado e incluso pueden alquilarse por temporadas en el caso de las más pequeñas, que podrían servir para la reclamación o nuevo tratamiento de los residuos mineros, que en realidad han cambiado sus características iniciales de la roca origen.

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CAPITULO XXIX. MAQUINARIA O SISTEMAS DISCONTINUOS DE ARRANQUE Y CARGA Dentro de la gran variedad de técnicas o sistemas para llevar a cabo el arranque y la carga por medios discontinuos y una vez establecido el procedimiento convencional de arranque, que es la voladura con explosivos, ya estudiada en los temas anteriores, debemos destacar los siguientes equipos o máquinas.

A. Tractores.

*

TRACTOR DE ORUGAS CLÁSICO

Son unos equipos de una gran versatilidad, con campos de actuación en todas las fases de la operación minera, que van desde servicios auxiliares hasta los equipos de producción en el arranque (escarificado) y en el transporte (empuje).

El sistema de traslación para las operaciones de ripado y arranque es sobre orugas, y como elementos de trabajo disponen, además de la pala de empuje, de un escarificador o riper, que es una herramienta en forma de reja de arado, situada en la parte posterior y de una hoja para el empuje de los materiales ya fragmentados.

Su accionamiento principal es por motor diesel con potencias que llegan hasta los 600 kW en varios tamaños, siendo los mayores los normales en minería a cielo abierto. Sobre el riper se ejercen dos acciones básicas, una de presión hacia abajo para penetrar en la roca y otra de traslación para desgarrarla, unidas al movimiento circular oscilante que el diseño articulado de la herramienta permite.

Muy recientemente, se ha desarrollado un nuevo riper dotado de un movimiento vibratorio, que actua como un martillo hidráulico de impactos, que hace posible bien la excavación de las rocas

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de mayor dureza y resistencia o bien superar cambios de la resistencia de la roca, o mejor aumentar la producción horaria en rocas ripables.

B. Excavadoras de cables

*

DETALLE DE LOS COMPONENTES DE UNA EXCAVADORA MINERA CONVENCIONAL

*

Son los equipos mineros más antiguos y utilizados en las operaciones de carga y arranque de materiales poco consolidados o que hayan requerido una fragmentación por voladura. Han sido y son las máquinas básicas y tradicionales de las explotaciones por el método de corta en los materiales duros y muy duros y a una cierta profundidad, antiguamente para la carga de vagones de ferrocarril y modernamente para la carga de los grandes volquetes mineros. Como características generales de diseño y operación de las excavadoras destacan: -

Montaje sobre orugas

-

Giro completo de la superestructura

-

Elevación de la cuba por cables, y empuje por cable o por cremallera y piñón

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Potencia instalada de hasta 4.500 kW, con acciona miento fundamentalmente por motores eléctricos.

La descarga la realizan por apertura inferior de la puerta de la cuba sobre los volquetes o tolvas de alimentación o, en casos muy excepcionales, sobre sistemas de transporte por cinta, y en otros casos transfieren directamente al hueco los materiales, como en el caso de las grandes descubiertas de carbón. Las fuerzas de arranque se consiguen combinando las fuerzas de elevación y empuje sobre el cazo, predominando la fuerza de empuje sobre la de elevación al contrario que en la pala cargador, donde domina la elevación.

C. Excavadoras hidráulicas

EXCAVADORA HIDRÁULICA DIESEL

*

Son equipos que han alcanzado un rápido desarrollo en los últimos treinta años, aplicados inicialmente en las obras públicas como las retroexcavadoras, e introduciéndose luego en la minería con los sistemas de carga frontales y con unos tamaños en progresivo aumento. Sus características básicas son: -

Accionamiento diesel o electrohidráulico, con potencias de hasta 1.800 kW.

-

Sistemas de arranque y carga, frontal o retro.

-

Montaje sobre orugas.

-

Superestructura con giro completo y diseño compacto.

Su campo de aplicación como equipo de arranque directo, permite la realización de excavaciones de obras de drenaje, trincheras, etc., para tamaños pequeños, y los equipos mayores, con carga

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frontal, pueden desempeñar funciones de arranque y carga sobre volquetes o sobre las instalaciones de trituración y transporte continuo, siendo un buen suplemento en la gran minería como sustitutivas de las excavadoras por su mayor movilidad y selectividad.

Las excavadoras hidráulicas presentan la ventaja adicional de disponer de un tercer movimiento del cazo que las dota de una mayor versatilidad y capacidad de arranque de las rocas, al penetrar en estas aprovechando los planos de debilidad, lo cual les permite una mayor selectividad para separar el mineral del estéril.

ACCIÓN DE CORTE Y ARRANQUE DE LOS DOS TIPOS DE EXCAVADORAS

D. Palas cargadoras

PALA CARGADORA ARTICULADA

*

*

Las palas cargadoras son unidades sobre neumático en general a veces con cadenas, dotadas de un cucharón en su parte delantera y articuladas en su centro de giro. Son equipos muy móviles, versátiles y utilizados en las funciones de carga y transporte fundamentalmente, tanto en las obras públicas como en la minería de cielo abierto y de interior, usando en este último caso un bajo perfil y un equipo de catación de los gases.

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Las características generales de diseño son: -

Chasis articulado (en modelos de ruedas)

-

Accionamiento diesel, o diesel-eléctrico y potencias de hasta unos 1.000 KW. Actualmente han aparecido grandes modelos de unos 2000 HP, como la CAT-994

-

Cubas con capacidades entre los 2 y 20 metros cúbicos

Compiten con las excavadoras descritas en los apartados anteriores en base a su mayor rapidez, movilidad y por su gran versatilidad, aunque su capacidad de arranque o penetración es más limitada, utilizándose en las formaciones menos consolidadas o pilas de material suelto, pero en el caso de carga de material volado requieren la ayuda de un tractor empujador, para suplir su debilidad estructural para arrancar, ya que básicamente son cargadoras.

Su capacidad de arranque depende fundamentalmente de la velocidad con que se desplaza la máquina, del diseño de la cinemática del equipo de carga y de las dimensiones del cazo, todo lo cual conlleva un mayor consumo energético por unidad producida.

En general no tienen otro inconveniente que su debilidad de arranque y un mayor coste por tonelada cargada con relación a las excavadoras por su mayor consumo energético y de neumáticos, pero con la ventaja de una menor inversión de capital a costa de una menor vida. Aun cuando se introdujeron hace unos cuarenta años en la minería a cielo abierto han logrado poco a poco entrar también la minería subterránea con alguna modificación de perfil y con captación catalítica de los gases de escape, al tiempo que requieren una ventilación mayor en el tajo.

E. Dragalinas

*

Son unos equipos cuyas características básicas son su gran alcance y la posibilidad de efectuar la excavación por debajo de su nivel de emplazamiento, y constituyen, junto con las rotopalas, las máquinas mineras de mayores dimensiones existentes en la actual minería a cielo abierto.

El movimiento de traslación se consigue a través de orugas o mediante un sistema de patines desplazables, que caracterizan los dos tipos de dragalinas existentes. El accionamiento es diesel con potencias de hasta 1.500 kW para las unidades más pequeñas, montadas sobre orugas, y alta tensión eléctrica para las grandes montadas sobre patines con potencias que pueden alcanzar hasta 18.000 kW con tensiones superiores a los 5 000 V.

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DRAGALINA SOBRE ZANCAS CONVENCIONAL

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El uso de dragalinas está indicado en las operaciones donde el material arrancado es transferido directamente a unas distancias cortas, inferiores a 120 m y su profundidad alcanza, en principio, unos 2/3 de la longitud de la pluma que puede llegar, hoy en día, hasta los 150 m de alcance.

La capacidad de excavación depende no sólo de las características resistentes de la roca, sino incluso de su disposición estructural. En ocasiones el arranque se combina con unas prevoladuras de esponjamiento o de unas voladuras de máxima proyección. La capacidad de la cuba puede alcanzar los 200 m3.

F. Mototraillas. La Mototrailla es un equipo básicamente de movimiento de tierras con una capacidad para arrancar materiales blandos en capas horizontales, cargar, transportar y verter igualmente en tongadas, para los materiales, suelos o ripados cuya granulometría sea en general inferior a 20" (50 cm). Se trata por tanto de una máquina que realiza todas las fases del proceso

La unidad articulada consiste básicamente en un tractor con una gran caja inferior y con 2-3 ejes, que efectua el arranque por tongadas horizontales que van llenando la caja a través de una hoja compuerta situada en la parte inferior de la máquina a medida que el propio tiro del tractor obliga al material a introducirse en el interior de la misma.

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SISTEMA DE TIRO Y EMPUJE (PUSH-PULL) DE ARRANQUE, CARGA Y TRANSPORTE CON MOTROTAILLAS DE DOBLE MOTOR * * *

Los diversos tipos existentes se caracterizan por la forma de llenar la caja y por poseer uno o dos motores (hasta 700 kW) acoplados a cada eje, y con unas cajas de carga directa o con algún mecanismo autocargable. En minería son muy populares las del tipo Push-Pull con capacidades superiores a los 40 m3 que consiguen como en el caso de Alquife unos costes de movimiento de

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aluviones inferiores a los otros sistemas clásicos.

Su ámbito de trabajo minero se halla limitado a unos materiales escasamente consolidados o sometidos a una preparación previa, como el ripado o prevoladura. Son muy útiles para recuperar los terrenos tras la minería y especialmente en las obras públicas para la construcción de obras superficiales como las carreteras y los aeropuertos o bien en los desmontes iniciales de aquellas minas en donde los materiales superficiales suelen aparecer muy alterados y blandos.

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CAPITULO XXX. MAQUINARIA DE TRANSPORTE MINERO Uno de los mayores problemas o retos a dominar en la minería es y será el transporte de los materiales que puede dividirse en: TRANSPORTE

+ Interno en la mina a cielo abierto e interior * Externo desde la mina a la planta de concentración . Exterior hacia el Mercado

y que pueden suponer, en la mayoría de los casos mineros, hasta un 50% de la Inversión y otro 50% del coste de operación, lo cual es, evidentemente, el mayor de los costos de proceso y también de los conceptos, superior, por tanto, a los costos generales, financieros o energéticos.

ESQUEMA DE LOS DIFERENTES TRANSPORTES MINEROS

Los sistemas de transporte convencionales internos en la MCA son: Volquete minero Ferrocarril Cinta transportadora

CLASIFICACIÓN DEL TRANSPORTE La elección del sistema de transporte viene definido por los siguientes factores: Por el sistema

+ Discontinuo * Mixto . Continuo

*

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Por el Tonelaje-Kilométrico anual: La unidad de medida del transporte minero es la TKU = Tonelada-kilométrica Una primera aproximación a la elección del sistema son las siguientes dimensiones: F.F.C.C. y cintas:

Para distancias y producciones mayores de 100 M.TKU/año.

Volquete

flexibilidad total según la capacidad del volquete y la flota

Por el perfil del transporte: Pendiente

+ FF.CC. * Volquete . Cinta

Por su vida

+ Camiones 5 - 10 años * Cinta 10 - 30 años . FF.CC. + 30 años

Por la distancia

T Volquete * Trenes R Cintas -

< 5% máxima < 12% " < 45% "

2% media 8% " 15% "

*

entre 200 y 3.000 m mayor de 30.000 m mayor de 4.000 m

Por su tipo de consumo energético Diesel, Eléctrico, carbón-vapor (entre 10 y 1000 gep/tku)

INCREMENTO DE LOS PRECIOS EN EL TRANSPORTE MINERO (1977-2000)

No existe una respuesta única y dogmática para la selección del sistema de transporte, que depende de las características del material y de los factores anteriores, que deben ser objeto de un estudio comparativo en cada caso y época. Una idea o ejemplo de la versatilidad del transporte lo tenemos en la explotación con cuatro sistemas distintos de transporte en Andaluza de Minas en Alquife(Granada) con mototraillas, tractores empujando a tolvas, palas y volquete y cintas, tras una trituradora, en el propio hueco de la mina.

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La mejor respuesta para decidir un sistema de transporte es aquella que obtenga el menor coste de la tonelada-kilométrica en el futuro próximo, teniendo en cuenta la tendencia de los precios de los combustibles o forma de energía utilizables.

SISTEMAS NO CONVENCIONALES INTERNOS Y EXTERNOS Además de los convencionales se dispone de una gran variedad de sistemas aplicables en casos no muy frecuentes pero que pueden señalar las tendencias de futuro: Mototraillas Pipe-Lines y bombas de sólidos. Hidromezclas. Skips sobre plano inclinado en talud. Palas o tractores en distancias cortas. Mixto cinta-camión con trituradora en mina

EL VOLQUETE MINERO. Historia de sus capacidades: 1935 - 15 st 1955 - 45 st * 1965 - 100 st * 1975 - 150 st 1985 - 250 st * 1995 - 300 st *

Las razones del éxito de los volquetes en la MCA está en sus principales

Ventajas

EVOLUCIÓN HISTÓRICA DEL VOLQUETE MINERO T * R

Adaptabilidad al perfil del camino Selectividad minera por unidades Infraestructura fácil

que según el desarrollo tecnológico de los motores, aceros, neumáticos y transmisiones han permitido un crecimiento espectacular de sus dimensiones y que lo han separado y caracterizado por su tamaño de los camiones utilizados en la construcción y las obras públicas cuya capacidad de transporte del volquete no suele superar las 85 st

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Las partes principales y básicas de un volquete son:

PARTES PRINCIPALES DE UN VOLQUETE MINERO

*

Motores: En general son motores Diesel turbo-alimentados y se necesitan aproximadamente unos 10 HP de potencia por cada t de capacidad a transportar; para una carga de 85 st se necesita n unos 850 HP, que pueder conseguidos y transmitidos a través de las siguientes alternativas: Motor Diesel y transmisión mecánica Turbina de gas o reactor con transmisión hidráulica Motor Diesel y transmisión eléctrica. Motor Diesel y eléctricos con pantógrafo Ejes:

Con dos o tres ejes, siendo más mineros los de dos ejes por tener mejor operatividad y radio de giro en curvas y menor problema de mantenimiento. En minería de interior se suelen emplear los tres ejes.

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Transmisiones que pueden ser: Mecánica -

convencional por caja de cambio al eje trasero o a los dos ejes, lo que es más normal en la minería subterránea y en pequeñas canteras con escaso diseño y calidad de las pistas

Hidráulica -

convertidor de par variable combinado con la trasmisión mecánica.

Eléctrica -

generador acoplado al motor Diesel - control - motores eléctricos en eje trasero

Hidráulica -

Hidrostática, poco empleada en el cielo abierto, pero muy popular en la minería de interior de grandes cámaras hasta la trituradora, o para subir rampas a diferentes niveles de extracción.

Neumáticos: Son especialmente construidos para los vehículos fuera de carretera y casi todas las marcas tienen una denominación especial para elegirlos en función del índice TMH (TKH) que viene de multiplicar el tonelaje sobre el neumático por la velocidad media de trans porte. Es una especificación muy precisa en la elección del tipo de neumático, llanta y dibujo. Viene a ser uno de los mayores costes operativos unitario de desgaste. Especialmente de calidad son los fabricados en España por firmas multinacionales.

TRANSMISIONES MECÁNICA Y DIESEL-ELÉCTRICA

*

*

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Caja: Se ha impuesto actualmente la forma de cuchara y accionamiento por cilindros hidráulicos. Tiene un doble fondo calentado por los gases de escape para impedir la pegajosidad del material arcilloso en la caja. El espesor de la chapa especial es de 19 mm. y con un acero de alta resistencia de hasta 7000 kg/cm2.

Calidad del acero: En la mayoría de las partes esenciales como chasis, caja y órganos de desgaste se utiliza un acero especial tipo T1 equivalente a 100.000 psi = 7000 kg/cm2 con características de alta resistencia al desgaste y a la corrosión.

Otras características de los volquetes mineros más actuales son: - Los frenos de discos múltiples y refrigerados con aceite. - El montaje modular de los componentes para su rápida sustitución - La conducción asistida y la suspensión oleoneumática con Nitrógeno.

CAJA DE CAMBIOS POR TRANSMISIÓN HIDRÁULICA-MECÁNICA

VOLQUETE MINERO ELÉCTRICO CON TROLLEY

*

EL FERROCARRIL MINERO * Aunque en el principio fue el sistema de transporte origen de la MCA y con especial aplicación en las minas de interior, hoy ha sido bastante sustituido por los volquetes o por las cintas, pero tiene aún una gran presencia en el transporte externo o en aquellos yacimientos con unos perfiles favorables con las siguientes características mínimas. Utilización

-

en las explotaciones más superficiales y anchas que hondas y estrechas.

Vías

-

Con un ancho de vía mayor de 4' y con un peso 100 kg/m de rail para soportar grandes cargas en grandes vagones.

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-

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Motor Diesel-Eléctrico con potencia superior a 2.000 HP y con 200 t. de peso y utilización de varias locomotoras en serie con un solo conductor.

Vagones

-

Trenes con un gran número de vagones con capacidad unitaria mayor de 100 t con descarga por el fondo o por vuelco automático.

Control

-

Muy automatizado y con muy poco personal en el mismo transporte y en la carga o vuelco.

Su mayor inconveniente para una nueva explotación está en la gran inversión en terrenos, en infraestructura y en el material ferroviario. Casos muy recientes como el de Cerrejón en Colombia y Carajas en Brasil para el transporte de grandes tonelajes de mineral de Carbón y Fe al Puerto de embarque para su exportación demuestran su actual competitividad con los otros sistemas mineros.

El coste de inversión para un nuevo trazado, en condiciones normales y no muy especiales topográficas, será del orden de: 1 500 - 3 000 Euros/m para ferrocarril minero de una gran capacidad, aunque de limitada velocidad, incluida la infraestructura y el material rodante de gran tonelaje.

LAS CINTAS TRANSPORTADORAS MINERAS:

*

Las características más destacadas del transporte minero por cintas transportadoras son: La alta densidad del material

mayor de 2 t/m3 de material suelto

La dimensión del material

un 90% < 250 mm de granulometría.

La alta velocidad

puede llegar a los 5 m/s.

La anchura de la banda

desde los 800 mm en interior hasta 2.500 mm en la MCA de lignitos y rocas blandas.

Su gran capacidad horaria que viene definida por la ecuación Q = F * α * v (E) (D) (V) en t/h siendo: F = ancho de la cinta α = ängulo de la artesa v = veloccidad lineal de la cvinta E, D, y V son lo factores de eficiencia, disponibilidad y conversión volumétrica. Los tipos de cintas mineras pueden ser:

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-

Normales con alma textil

-

Con alma de acero

-

Colgada del techo de galerías por cables o cadenas

-

Con recuperación de energía en el descenso

-

De alta pendiente. Cintas "Sandwich".

-

Montadas sobre bastidores fijos o móviles o ripables

El coste de inversión es muy variable en el entorno de 300 / 600 Euros/m. de cinta instalada, salvo casos especiales como las de alta pendiente o de recuperación de la energía y no solo de la banda, dependiendo que sea fija o sobre bastidor móvil con posibilidades de ser ripado.

ESQUEMA DE CINTA RIPABLE Y DEL ÚTIL DE RIPADO CON TIENDETUBOS * RIPADO DE UNA CINTA SOBRE RAILES

La aplicación del sistema de cintas tiene un futuro muy importante en las grandes explotaciones muy mecanizadas y profundas. Existe una tendencia hacia el empleo de cintas con alta pendiente situadas en el talud final, con o sin la preparación granulométrica del material, como son los recientes casos de Mandjapek en Yugoslavia y Chuquicamata en Chile, que han sustituido en los transportes verticales a los volquetes mediante la instalación de la trituradora en el fondo de la corta permitiendo reducir los ciclos de estos y con ello bajar notablemente los costos de este proceso. ESQUEMA DE CINTA DE ALTA PENDIENTE EN TALUD FINAL

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OTROS SISTEMAS DE TRANSPORTES INTERNOS. La minería ha sido pionera en la utilización de los sistemas de transporte a lo largo de los dos últimos siglos y es de esperar que, por la importancia que en el coste final de la tonelada tiene y tendrá este proceso, lo seguirá siendo. Algunas de las tendencias innovadoras en los transportes mineros de los próximos tiempos son: -

Skip y Mototrailla.

-

Sistema combinado. Interior y Exterior.

-

Mineroductos, con mucho futuro por la existencia de bombas y tuberías de materiales especiales para grandes distancias y granulometría menores de 25 mm.

-

Torpedos por conducto neumático.

-

Submarinos nucleares para el transporte de minerales bajo los hielos polares.

-

Avionetas para el transporte de minerales preciosos.

LOS COSTES DEL TRANSPORTE MINERO El coste de la inversión en maquinaria minera puede establecerse en principio por el peso del equipo y fijarlo, en una primera aproximación, en 1 gr de Au por cada Kg de máquina, lo que actualmente supone unos 10 Euro/kg de máquina.

Los costes de operación o de contrata exterior en los momentos actuales, en Pesetas (1.992) y en unas condiciones habituales de distancia de los transportes convencionales para la minería a cielo abierto podrían estar por TKU, en el rango por y para las condiciones que se especifican en el cuadro siguiente:

Transporte

Costo kilométrico cts.Euro/TKU

Amplitud del Tonelaje MTKU

Condiciones del Material

Mineroductos

0,9 - 1,80

+ 100

Muy preparado

Tren

1,20 - 4,20

+ 100

Poco preparado

10,00 - 15,00

10 - 100

Rocoso, variado

Cinta

0,9 - 1,80

+ 50

Semipreparado

Barco

0,05 - 0,15

200 - 600

Semipreparado

Volquete

De dicho cuadro se puede deducir que la común y habitual solución del transporte por volquetes es con diferencia la más cara operativamente y que cualquier otra puede abaratar fuertemente este importantísimo coste minero por lo que, aun cuando la inversión en los otros sistemas sea

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mucho mayor, es conveniente comparar las diferentes alternativas en cada caso y en cada circunstancia mediante un estudio de viabilidad previo diferencial de las aplicaciones posibles.

Esta gran diferencia entre el coste del tranasporte continuo con el discontinuo de los volquetes es la razón por la que se está introduciendo la trituración en el fondo (Pit Crusing) de la mina para poder aplicar el sistema de cintas transportadoras de alta capacidad y gran pendiente compensando sobradamente el coste que la trituración del estéril supone.

ESQUEMA DE COSTES DE TRANSPORTE EN MEIRAMA POR CINTA Y VOLQUETE

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LA CARGA Y EL TRANSPORTE EN LA MINERÍA SUBTERRÁNEA. La carga y el transporte en el interior se pueden integrar bien en una sola unidad mecánica o estar separadas en una unidad de carga y en un sistema de transporte independiente.

Transporte por ferrocarril

*

El sistema separado de cargadora--transporte es normal para los transportes más largos en las minas de interior. Muchas minas, sobre todo antiguas, tienen un sistema de acarreo sobre vías para llevar el mineral hasta el pozo de elevación, mediante locomotoras que tiran de vagonetas. Las vagonetas pueden ser cargadas por gravedad, o a través de pocillos instalados a lo largo de las galerías, o ser llenadas también por pequeñas palas cargadoras frontales sobre carriles, que funcionan generalmente con aire comprimido.

La pala cargadora frontal se utiliza principalmente para desescombrar en las galerías de preparación, pero es también una máquina eficaz para la carga transversal en los pozos-piqueras de evacuación y funcionar en galerías transversales perpendiculares a la galería de acarreo, desplazandose hacia adelante y hacia atrás recogiendo el mineral en el pozo de evacuación y cargando vagonetas por el lado. Cuando se ha llenado una vagoneta, la locomotora tira del tren hacia adelante para que se coloque la siguiente y próxima vagoneta detrás de la cargadora. Las vías son una buena solución para el transporte de mineral a largas distancias, pero son poco flexibles y tienen poca compatibilidad con el transporte de los materiales con máquinas sobre neumáticos.

CLÁSICO TRANSPORTE POR FERROCARRIL EN MINA ANTERIOR A 1970

*

Los carriles son por esto, cada vez más un obstáculo que un buen servicio para las minas que están cambiando a la minería sin vías (Trackless-mining). Al igual que los sistemas de transporte urbano en las grandes ciudades, que dependían antes de los tranvías, podemos decir que las minas subterráneas están abandonado los carriles y usan cada vez más un sistema de transporte más flexible con vehículos móviles sobre neumáticos. Hoy ya se utilizan camiones-volquetes o de descarga por el fondo, con capacidad de hasta 40 t, robustos y pesados, con transmisión

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mecánica o hidráulica a dos ejes o a cuatro, para el transporte subterráneo de minerales en un mayor número de operaciones, en un proceso de sustitución similar al que ya ocurrió en la minería a cielo abierto hace unos 30 años.

SISTEMA LHD EN EQUIPOS PEQUEÑOS Y GRANDES

Transporte por Carga-Transporte-Descarga (LHD)

*

*

La cargadora LHD sirve como mejor ejemplo de la integración de la carga y el transporte. La cargadora LHD está diseñada para recoger una carga de cuchara completa y llevarla hasta el punto de descarga a una distancia de unos cientos de metros. El rendimiento de la cargadora LHD es directamente proporcional al volumen de su cuchara, y en proporción inversa a la distancia de desplazamiento. Los parámetros relacionados son flexibles para el diseño por el ingeniero, por ejemplo, cuando se decide la separación entre los coladeros de mineral. El volumen o la capacidad más grande de la cuchara compensa una distancia de transporte más larga manteniendo al mismo tiempo la productividad al un nivel fijado.

La cargadora LHD es un equipo útil en las minas sin vías. Pueden usarse para la carga en los tajos, así como para los trabajos de preparación y generales, trabajos de limpieza, mantenimiento, etc. Su productividad cae con la longitud de desplazamiento, y entonces, la solución de cargadora-camión llega a ser competitiva gradualmente.

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Transporte con cargadoras y camiones Una cargadora sobre ruedas con una cuchara delantera del mismo tipo de las que se usan en los trabajos de construcción y cielo abierto, ligeramente modificada para que sea apropiada a los requerimientos subterráneos, en lo que se refiere a condiciones de escapes y bajo perfil, etc,, podrá realizar la carga y combinada con una flota de camiones-volquetes articulados, se podrá calcular el rendimiento de carga y transporte como una función de la capacidad de carga, la carga útil del camión, la velocidad de desplazamiento y la distancia de transporte en forma similar al cálculo del transporte cíclico en el cielo abierto. El rendimiento de una cargadora y dos camiones podrá satisfacer normalmente el requerimiento de capacidad de producción y acarreo, hasta el pozo piquera o a la machacadora situada en el interior de la mina en algunos casos particulares para unas distancias razonables de diseño de los pozos de descarga.

CARGADORA SOBRE CAMIÓN EN INTERIOR

*

Cargadoras-transportadoras eléctricas Los volúmenes de gases de escape de los grandes motores diesel, a pesar del desarrollo de los modernos sistemas catalíticos de absorción y de los sistemas de inyección con precámara de combustión, ocasionan un gran problema para los sistemas de ventilación de la mina y muy especialmente en los trabajos de preparación o desarrollo que habitualmente se llevaba a cabo con ventilación

PALA CARGADORA EN MINA DE INTERIOR

secundaria. Por esto se han introducido algunas cargadoras de accionamiento eléctrico en los trabajos subterráneos, principalmente del tipo LHD, aunque el cable móvil para el suministro de energía resulte una desventaja de estas máquinas LHD. La pala cargadora frontal y la cargadora

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con brazo recolector son algunos de los tipos de máquinas con accionamiento eléctrico. La cargadora con brazo recolector está equipada con una cinta o panzer transportador que eleva y deposita el material, con unas características adecuadas de dureza y granulometría, en la caja de un camión. La cargadora eléctrica y el camión diesel se combinan frecuentemente en la moderna minería metálica y de materiales duros para formar un sistema eficaz de manejo de minerales apropiado para unas distancias de transporte más largas.

El transporte vertical (Pozos y rampas). El mayor problema del transporte en la minería subterránea está, principalmente, en la elevación o transporte en vertical, ya que el horizontal no suele tener otra limitación que el gálibo o sección de la galería o tajo por la necesidad de que el ancho y el alto de las máquinas no lo sobrepasen e incluso dejen un margen de seguridad al paso de las máquinas. También las curvas pueden limitar la longitud de la maquinaria de transporte, salvo en el caso de las cintas transportadoras y tuberías de pulpas o líquidos, que por su continuidad y eficiencia, a pesar de su mayor inversión, están poco a poco desplazando a los transportes convencionales y discontinuos hasta ahora mencionados, hasta el punto de que, al igual que en la minería a cielo abierto, la situación de la trituradora, hasta hace una década en el exterior de la mina, es con frecuencia colocada en el fondo de la mina para disponer de un tamaño adecuado del material y poder emplear el transporte continuo tanto en horizontal como en vertical.

Tradicionalmente la minería de interior ha utilizado como vía de transporte vertical el pozo de extracción, cuyo objetivo principal es la evacuación al exterior del mineral, acceso a las labores subterráneas y secundariamente para distintos y muy variados servicios como entrada de materiales, personal, ventilación, energía y agua, etc.

El pozo es generalmente vertical y de sección circular para tener una mejor resistencia a las presiones y ser más duradero, y además más fácil de revestir de hormigón. También existen pozos no verticales con secciones cuadradas o elípticas. Su profundidad varia desde los menores pozos de pequeñas minas con pocos centenares de metros hasta el caso de las minas sudafricanas de oro que sobrepasan los 3 000 metros.

Como una de las principales infraestructuras de la mina subterránea es necesario asegurar muchos años por lo que se debe ejecutar con una profundidad mayor a la necesaria a corto plazo, con la necesidad adicional de una caldera para la recogida de aguas y la estación de bombeo,

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situada habitualmente en el punto más bajo de la mina.

La ejecución del pozo, por ser una de las técnicas más especificas y profesionalizadas del Laboreo de Minas, exige un procedimiento complejo que parte de un diseño, planificación y control de la operación muy detallado por su coste, peligro e importancia posterior, siendo una tarea rara y poco frecuente, es por lo que su realización generalmente se asigna a un contratista de amplia experiencia internacional.

Más modernamente y como consecuencia del desarrollo del transporte por cintas y de tuberías para pulpas de materiales con una granulometría idónea se ha extendido el uso de los planos inclinados y/o rampas, no siendo raro el proyecto de una cierta envergadura que utilizan ambos sistemas, pozo y rampa, aunque en estos casos tan solo se realiza el transporte vertical por uno de ellos y por el otro los servicios o accesos de personal y materiales.

Una de las técnicas más desarrollada para la realización de pozos y rampas es el empleo de minadores continuos o borers de perforación capaces de ejercer una gran presión y par de empuje para realizar el corte o escariado de los materiales atravesados y su evacuación por sistemas diversos y continuos hasta la superficie. Otras técnicas menos mecanizadas o intermedias como las Jaulas de perforación, el empleo de perforadoras con cabezas múltiples o jumbos verticales, técnicas inversas como la ascendente que aprovecha la gravedad para la evacuación inferior de los materiales en el caso de profundización desde el interior, etc. pueden llegar hasta la antigua y tradicional de los pozos por técnicas manuales, aun cuando siempre existan algunas de las fases del proceso más mecanizadas como la evacuación o entibación de las paredes. En todos los casos y antes de ejecutar un pozo o rampa es muy recomendable un sondeo geomecánico para conocer con precisión los terrenos a atravesar por el mismo. Asimismo la ubicación de los pozos de extracción y de las rampas, auxiliares o no, debe ser objeto de una planificación a largo plazo para no estorbar a la implantación y desarrollo del método y sistemas de laboreo. Es práctica habitual, pero no un dogma, el ejecutar los pozos y rampas en el muro del yacimiento, desde el cual trazar la infraestructura permanente de galerías, reales, transversales,estaciones de transformación, aire comprimido, almacenes, embarques, desagüe, talleres y botiquines, así como más modernamente algunas de las oficinas de técnicos y administrativos, e incluso los comedores y vestuarios del personal .

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Un pozo minero consta esencialmente de 5 partes diferenciadas

- La maquinaria de elevación, que puede ser por fricción (polea Koepe) o por enrollamiento simple o múltiple. - El sistema de guiaderas por railes, madera o cables con las cabinas para las vagonetas y personal o los skips para el mineral. - Los cables de elevación y tiro, redondos o planos, y el de contrapeso . El pozo propiamente dicho con su collarín, revestimiento, soportes, accesos y drenajes, así como los sistemas de embarque y controles. - El castillete, torre o malacate bien de acero, de hormigón o madera con su cimentación y apoyos, que es la característica más representativa de la minería y que tiene gran similitud con la torre de los sondeos y con la excavadora de cielo abierto

PARTES PRINCIPALES DE UN POZO MINERO

Modernamente se ha desarrollado el diseño y construcción de rampas de acceso para alcanzar el fondo de la explotación subterránea por las siguientes razones o ventajas: -

Accesibilidad de vehículos móviles y maquinaria con el perfil adecuado

-

Ejecución más modular y flexible de acuerdo con el avance de la mina.

-

Posibilidad de emplear sistemas de transporte continuos como las cintas.

-

Buena combinación con el pozo principal como vía secundaria de acceso

Sin embargo tiene los inconvenientes de una mayor longitud para una profundidad dada y con ello un mayor coste de inversión y un mantenimiento del piso y hastiales más complicado y caro operativamente.

Las rampas o planos inclinados con capacidad y diseño para extraer el mineral a través de cintas tienen una pendiente entre 15º y 25º (para lograr una limpieza propia del entorno) y una continuidad en el proceso del transporte. Pueden estar sobre unos bastidores fijos y/o colgadas del techo a través de cables o cadenas y con un ancho entre 80 y 150 cm con alma metálica para

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grandes tramos con alta tensión o de alma textil para tramos cortos y de poca producción. La sección de la galería debe de ser al menos como en el caso de los volquetes de unas tres veces al mínimo de la propia sección del bastidor o máquina, salvo en el caso de que, además de la cinta, la rampa sea utilizada para el tráfico de maquinaria o de los vehículos de transporte de personal y mandos.

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CAPITULO XXXI. TRANSPORTE HIDRÁULICO DE MINERALES; PULPAS O HIDROMEZCLAS; BOMBEO DE SÓLIDOS El transporte de materiales sólidos por medio de líquidos se ha practicado en la minería desde la época de los romanos, pero fue a partir de 1.906 cuando se comenzó a estudiar con una visión más técnica y económica, y cuando la tubería comenzó a sustituir al normal canaleo de madera o de piedra, tan empleado en la minería aluvionar e incluso en la antigua lixiviación. Se entiende como hidromezcla o pulpa a la mezcla de cualquier líquido con partículas sólidas en suspensión. La naturaleza, tamaño, forma y la cantidad de partículas o densidad de sólidos definen y determinan las características y propiedades de la pulpa a transportar. El flujo de las pulpas difiere notablemente del flujo de los líquidos homogéneos.

Este sistema de transporte se puede aplicar en la minería hidráulica por dragado, en variadas etapas del proceso del tratamiento de los minerales, en el transporte externo de los minerales a unas grandes distancias, los llamados mineroductos, en el interior de aquellas minas donde el arranque se hace por medio de monitores, o para el bombeo en la minería subterránea (Sudáfrica) o de las aguas en cielo abierto que contengan algún porcentaje de sólidos en los apures de los bancos o niveles. Las principales ventajas que el sistema de transporte hidráulico presentará son: -

La continuidad del sistema funcionando.

-

La menor sensibilidad a la inflación, por un menor consumo energético y personal.

-

Un impacto ambiental mucho menor (fuego, ruidos, polvo, ocupación de terrenos, etc.). Podrá incluso enterrarse en caso de heladas o de fuertes temperaturas,

-

Alta disponibilidad, sencillez y automatización del control de flujos y densidades.

-

Poco sensibilidad ante los agentes atmosféricos (heladas, vientos, calor, etc.)

-

Menor distancia de transporte al admitir fuertes pendientes del perfil del camino.

-

Gran reducción de los costes en función del factor de escala.

Por el contrario para que pueda llegar a implantarse el sistema de transporte hidráulico, se deben presentar las siguientes exigentes condiciones: -

Un mínimo tonelaje kilométrico, en general elevado.

-

Disponibilidad de agua, aunque sea en circuito cerrado y no necesariamente limpia.

-

Larga vida del proyecto, lo que requiere contratos de venta a largo plazo del producto.

-

Inexistencia de otros sistemas competitivos como el ferrocarril, la cinta o fluvial o marítimo.

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-

Inalterabilidad de la sustancia al estar en suspensión hidráulica, y

-

Preparación mecánica necesaria del material para su transporte.

En los últimos años, el desarrollo de este sistema, por la aplicación de nuevos materiales en las bombas o tuberías, ha permitido el transporte de hidromezclas, con grandes caudales y presiones (50-70 Kg/cm2), a través de terrenos escarpados y de grandes distancias, tanto para el transporte externo de carbones, como para la explotación de caolines, arcillas, aluviones y otros materiales que se procesarán en granulometrías finas. En la figura y cuadros adjuntos se pueden observar algunos mineroductos, tanto en actual explotación, como en montaje y en proyecto para la minería del carbón, especialmente en los nuevos yacimientos del Oeste de Estados Unidos, para su transporte al puerto o a las zonas de un mayor consumo de mineral como California, Grandes Lagos o Texas. Las características técnicas de los mineroductos actualmente en uso, previstos o en fase de estudio se podrán contemplar en los cuadros siguientes:

MAYORES MINERODUCTOS EXISTENTES MATERIAL

INSTALACIÓN

LONGITUD

DIÁMETRO

CAPACIDAD

Año de

Concentración

Tamaño máximo

(Km)

(mm)

(Mt/año)

arranque

de sólidos en %

de partícula mm

carbón

Consolidación

175

250

1,3

1957

50

1,2

carbón

Black Mesa

437

450

4,8

1970

5-50

1,2

caliza

Calaveras

27

175

1,5

1971

70

0,6

"

Rugby

90

250

1,7

1964

50-60

0,4

"

Trinidad

10

200

0,6

1959

60

0,3

"

Columbia

27

175

0,4

1954

Bougainville

27

150

1

1972

55-70

0,2

"

Irán Oeste

110

100

0,2

1973

60-65

0,1

"

Turquía

61

125

1

1973

45

0,1

Tasmania

85

225

3,3

1967

55-60

0,1

"

Waipipi

6

200

1

1971

45

0,6

"

"

3

300

1

1971

45

0,6 5

Concentrado Cobre

Concentrado magnetita

- costa

Gilsonita

American Gilson

115

150

0,4

1957

48

Estériles

Japón

70

300

0,6

1968

18

90% < 0,03

FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS MINERODUCTOS PREVISTOS EN U.S.A.

LABOREO II Y EXPLOSIVOS MINERODUCTOS EN EUROPA EN FASE DE ESTUDIO

(CARBÓN) INSTALACIÓN

LONGITUD

CAPACIDAD

(Km)

(Mt/AÑO)

LONGITUD

CAPACIDAD

(Km)

(Mt/AÑO)

290

12

Rybrink-Ostrawa Linz

Carbón

400

5

ICES

1750

25

Rotterdam-Ruhr

Hierro

210

36

San Marco

1450

15

Ruhr-Salzgitter

Carbón

220

3-4

Texas Eastern

2000

22

Maasvlakte- Dordrecht

Carbón

60

2

ETSI

2200

25

Maasvlakte-Rotterdam

Carbón

5

2

Continental

2400

15-45

Pacific Bulk

1050

10

VEPCO

560

5

Allen-Warner

INSTALACIÓN

MATERIAL

Valley

PLANTEAMIENTO GENERAL Las fases del proyecto de instalación de un mineroducto deben ser: A. Preparación de la sustancia mineral Se precisan unas condiciones granulométricas determinadas y muy estrictas para evitar la decantación del sólido en las tuberías. La disminución del tamaño de las partículas puede suponer un gravamen económico debido a los gastos en la maquinaria de conminución, consumo de energía, problemas de decantación y del filtrado, etc. Tan sólo en aquellos casos en los que es necesaria una molienda para concentrar posteriormente esos gastos quedan obviamente compensados. Normalmente puede exigir un espesador para acondicionar una densidad sólido/líquido dentro de unos límites muy precisos. Pueden añadirse algunos reactivos para impedir la corrosión (lignosulfonatos, polifosfatos, etc.) y para reducir la turbulencia (polímeros, etc.) en los tanques acondicionadores antes de entrar en el circuito general de bombeo y transporte.

B. Recepción de la hidromezcla La pulpa, cuando se reciba al final del transporte, debe ser normalmente tratada para su utilización posterior, agotándose el sólido de la mezcla y además secándolo si éste fuera empleado con su propia granulometría, o alcanzando una concentración adecuada para la molienda si ésta se realiza por vía húmeda en la etapa posterior. El agua recuperada puede y debe volver al circuito de transporte.

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En un proceso completo de deshidratación de los sólidos, se pueden emplear tres operaciones: decantación o centrifugación, filtración y secado térmico. La dificultad y el coste de cada una de estas operaciones aumenta cuando el tamaño del sólido disminuye. El agua utilizada en el transporte que, indudablemente en su vertido no debe producir contaminación y que puede utilizarse en zonas áridas o que incluso retornarse a su punto de origen, debe someterse a un proceso de depuración y clarificación. Este agua contiene partículas ultrafinas, así como contaminantes disueltos procedentes de las sustancias transportadas y de los reactivos de acondicionamiento que pueden ser perjudiciales en ciertas concentraciones y para ciertas utilizaciones, por lo que suele reutilizarse si bien es necesario duplicar la tubería.

C. Estudio del transporte. Diseño del mineroducto. Determinación de la velocidad, la tubería y las clases de bombas de sólidos. El análisis de un proyecto debe comenzar por la determinación de los siguientes grupos de características: - Características físicas del sólido - Peso específico. - Friabilidad, Triturabilidad, resistencia al desgaste. - Forma de las partículas y tamaño. - Granulometría. Curva y máximo aceptable. - Características de los finos en suspensión. - Dureza del sólido. - Solubilidad. - Estabilidad química. - Características físicas y químicas del líquido - Peso específico. - Viscosidad. - Corrosividad. - Estabilidad química.

- Características físicas del compuesto o mezcla - Viscosidad y densidad aparente según distintas mezclas. - Estabilidad química del compuesto. - Gases en suspensión.

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- Efecto de la temperatura y presión sobre la solubilidad y la viscosidad, etc. - Ángulo de reposo de los sólidos en la mezcla - Velocidad de sedimentación. - Grado y ritmo de deshidratación. - Velocidades críticas y límites. - Propiedades fisiotrópicas, efecto de la agitación. - Datos de diseño - Distancia entre estaciones y desnivel topográfico. - Perfil topográfico del mineroducto. - Producción, caudales. - Pérdidas de carga por rozamientos. - Potencia necesaria para bombear la mezcla. - Presión máxima en bombas y tuberías. - Tipos de bombas y accionamientos. Protecciones. - Erosión y tratamientos químicos para evitarlo. - Equipos de almacenamiento y recepción.

Tipos de Hidromezclas La caracterización de una pulpa no es tan simple como la de un líquido, caso el petróleo o del gas, porque se superponen las propiedades del solido a las del líquido, siendo las tres diferentes. Las investigaciones llevadas a cabo por Abott y Condolios llegaron a clasificar los distintos tipos de hidromezclas, según la granulometría de las partículas en: 1) Mezclas o pulpas homogéneas Cuando la adición de las partículas sólidas afecta a la viscosidad del fluido y no se produce sedimentación, como será el caso de los petróleos, gases y salmueras más algunas pulpas arcillosas o lechadas de cemento, caolines y lodos de perforación, siendo el tamaño de las partículas menor de 50 µ; el régimen de transporte puede ser turbulento o laminar, pero cuando las partículas son mayores será necesario un régimen turbulento, con el fin de que no se llegue a producir una sedimentación. En un régimen laminar la viscosidad aparente varia con la velocidad, mientras que, en un régimen turbulento estas mezclas llegan a comportarse como un fluido newtoniano. Provocan, generalmente un bajo desgaste, aunque requieren una selección cuidadosa de las bombas y de materiales, así como en su accionamiento debido a las variaciones de la viscosidad.

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2) Mezclas heterogéneas Cuando las partículas sólidas son mayores de 50 micras, y no afectan a la viscosidad del líquido durante el transporte, siendo una mezcla inestable, comportandose como un líquido newtoniano, causando fuertes desgastes y precisando una muy cuidadosa selección de los ductos o conducciones, el transporte se realiza en un régimen turbulento y según tres procesos bien distintos: a.-

En suspensión. Las partículas menores de 200 micras (peso específico del sólido S = 2,65), se depositarán según la ley de Stokes.

b.-

Por impulsos. Las partículas mayores de 2 mm. (S = 2,65), se depositarán según la ley de Rittinger.

c.-

De forma combinada, cuando las partículas estuvieran entre 200 micras y 2 mm. (S = 2,65).

Las pulpas heterogéneas tienden a utilizar una menor concentración de sólidos y pueden transportar unas partículas de mayor diámetro que las homogéneas

Ecuaciones básicas de una hidromezcla La ecuación del peso específico de la mezcla viene dada por:

Sm =

(100 - Cv) -------------- = (100 - Cw)

Cv Cv 1 +------- (S - 1) = -------- x S 100 Cw

Siendo: S = Peso específico del sólido. Sm = Peso específico de la mezcla sólido-líquido Cw= Concentración en peso de los sólidos en la mezcla. Cv= Concentración volumétrica de sólidos en la mezcla. Asimismo la concentración en peso de sólidos en la mezcla viene dada por:

CW =

100 S -----------100 ---- + (S - 1) CV

A continuación figuran unos ábacos para calcular Sm y Cv gráficamente.

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ÁBACO WARMAN DE FRICCIÓN EN TUBERÍAS

Velocidad crítica del transporte. La velocidad mínima necesaria para que no se produzca la sedimentación o deposición de las partículas en una mezcla heterogénea varia según se trate de transporte vertical u horizontal. En el caso de un transporte

horizontal,

esta

velocidad mínima o crítica de transporte es aquella pa-

VELOCIDADES DE LA PULPA

ra la cual la hidromezcla fluye con unas características de homogeneidad. Según se puede ver en el gráfico adjunto, corresponde al punto (C). La determinación correcta de este parámetro, tal vez sea uno de los mayores problemas en el diseño de los mineroductos, pues operar a una velocidad inferior a la crítica daría lugar a una parada inevitable de la instalación, por efecto de la sedimentación de las partículas sólidas y sobrepasarla elevaría el desgaste de la tubería y aumentaría el consumo energético.

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Una de las fórmulas más empleadas para el cálculo de la velocidad crítica, viene dada por la formula de Durand:

VL = FL

S*SL

2 g D

SL

En donde: VL = Velocidad límite de sedimentación (fps). FL = Factor que depende del tamaño de la partícula y de la concentración. g = Aceleración de la gravedad (ft/seg2) D = Diámetro de la tubería (ft) S = Peso específico del sólido. SL = Peso específico de l a pulpa

Esta fórmula ha sido calculada para las partículas sólidas de un tamaño uniforme pero, según Mc Elvain (1976), los valores dados por Durand para "FL"

resultaban conservadores cuando el

tamaño de las partículas era variable.

Diámetro de la tubería El cálculo de la tubería puede realizarse en función del caudal necesario y de la velocidad de transporte. La expresión del caudal Qh es: en donde:

T S

Q a

3

Qh = Caudal en m /h. T = Tonelaje a transportar (t/día) S = Peso específico del material sólido (t/m3) t = Número de horas de funcionamiento durante el día. n = Consumo específico de agua por m3 de material. Qa = Caudal de agua necesario para el transporte (m3/día).

Q =

t

=

T 1 n S t

En un primer tanteo se puede admitir que: n = 4-6 m3 agua/m3 de material transportado con S = 2,6. n = 3-4 m3 agua/m3 de carbón con S = 1,5 Por otra parte: π D2 Qh = ------- x V 4 Qh* 4 4 T/S (n + 1) D2= --------- = ------------------Q πV X xV x t

debiendo ser V mayor que la velocidad crítica VL de la hidromezcla y puede admitirse hasta un

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20/25 % mayor, como un factor de cobertura razonable para evitar consumo de energía y desgastes de la tubería.

Pérdidas de carga La circulación de una mezcla homogénea a través de una tubería provoca una pérdida de carga "Hf" expresada en altura de líquido, según las ecuaciones de Darcy-Weisbach:

Hf = f *

L * v2 ----------D * 2g

Siguiendo la nomenclatura anglosajona, según la cual se ha diseñado un gráfico para la determinación de "f", tenemos que: f = Coeficiente de fricción de Darcy. L = Longitud de la tubería (ft). D = Diámetro interior de la tubería (ft). V = Velocidad de transporte (ft/s). g = Aceleración de la gravedad (32,2 ft/seg2). Para el empleo del gráfico anterior, es necesario calcular el número de Reynolds "NR" ya que este gráfico sólo es válido para una viscosidad

V*D NR = -------Va

igual a la del agua a 16ºC. El valor de "NR" es el que se indica, siendo Va la viscosidad cinemática aparente.

Es normal para el cálculo de las perdidas de carga el empleo de ábacos suministrados por las casa constructoras de bombas y tuberías para los diferentes materiales utilizables entre los que destacan las gomas, plásticos, fibrocemento,

basalto,

aceros de diferentes calidades, etc.

ÁBACO DE MOODY PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS PERDIDAS DE CARGA

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PERFIL DEL MINERODUCTO Y GRADIENTE HIDRÁULICO Para el trazado del mineroducto debe elegirse entre distintos perfiles alternativos obtenidos del plano topográfico de la zona y teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: -

Las distancias más cortas,

-

la mejor accesibilidad para la construcción,

-

las pendientes máximas posibles,

-

el mantenimiento e intercambio de tuberías y juntas.

A partir de la recta que representa el gradiente de las pérdidas de carga y dejando unos razonables márgenes de seguridad con relación a los puntos más altos, para asegurar una presión positiva en todo el mineroducto, se deben calcular la presión interna de la tubería y la altura dinámica del bombeo.

PERFIL DE UN HIPOTÉTICO TRAZADO ENTRE DOS PUNTOS

TIPOS DE BOMBAS Los tipos de bombas que suelen emplearse en el transporte de hidromezclas serán las centrífugas horizontales para las aplicaciones de presiones medias y normales y las bombas de desplazamiento positivo para los transportes a altas presiones. Asimismo existen algunas pequeñas bombas de inmersión para operaciones de drenaje o desagüe muy populares en la minería aluvionar como DITER O FLYGHT, válidas hasta unos 10 Kg/cm2 y unas densidades de hasta 20% de sólidos. También existen las Bombas JET por efecto Venturi. Las primeras se desarrollaron para la industria minera y para el dragado con una presión de descarga inferior a los 50

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Kg/cm2. Normalmente las bombas centrífugas serán horizontales con una sola etapa de impulsión, con diseño abierto para las partículas gruesas y con diseño cerrado para partículas más finas. La eficiencia de estas bombas oscila entre 60 y 70%. Existen modelos entre 2"(50 mm) y 14"(350 mm) de diámetro de salida. El diámetro de entrada suele ser unas 2" menor.

TIPOS DE REVESTIMIENTOS DE BOMBAS DE SÓLIDOS

Al igual que para las bombas centrífugas de líquidos un impulsor giratorio de alabes suministra la energía necesaria a la pulpa para su traslación a lo largo de la bomba y el conducto. Dada la naturaleza abrasiva, erosión y a veces la corrosión de las hidromezclas, las bombas centrífugas deben ir revestidas de materiales muy bien seleccionados y construidos tales como goma o metal duro o bien de poliuretano. El revestimiento de goma o de plásticos se utiliza para las partículas no superiores a 8 mallas, mientras que el metálico es más adecuado con partículas más gruesas. Destacan las marcas de bombas Warman, ASH y WEMCO con fabricación en muchos países.

Las bombas de alta presión (140 Kg/cm2) se dividen en dos tipos: bombas de pistón y bombas de émbolo macizo. Un tipo especial de bomba es la de diafragma flexible fabricado de metal, plástico o caucho. La eficiencia de todas estas bombas está próxima al 90%. Por último, existen algunas bombas especiales como la bomba "Mars" fabricada por Mitsubishi, con sistema de bombeo por cámaras tubulares "Lock-hopper System", alcanzando unas presiones de descarga de 180 Kg./cm2, y cuya principal ventaja es la ausencia de elementos en movimiento, excepto el debido a la circulación del agua e hidromezcla.

La selección de las bombas debe hacerse de acuerdo con las curvas características de la altura H = f(Q), que suele ser la

Qa + T/S T/S(1 + n) Qh = ------------Q = -----------t t

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calculada para el agua, así pues la altura manométrica debe ser adaptada a las condiciones de trabajo, esto es, dividiendo por el índice de alturas (HR) que relaciona aquellas alturas manométricas correspondientes al agua (Hw) y a la hidromezcla (Hm) para unos valores iguales del caudal y de velocidad de la bomba. Hm ---Hw Otro parámetro muy importante, es el "índice de eficiencia" que viene dado por (ER), para un HR =

mismo caudal y velocidad de bombeo. ER =

Em ----Ew

en donde:

Em = Eficiencia para la mezcla. Ew = Eficiencia para el agua sola.

Un gráfico o ábaco sirve para obtener el valor de "k" (Factor de operación) mediante el que se calcula el índice de eficiencias y por lo tanto el índice de alturas. Este valor depende del tamaño de las partículas y de su peso específico. K x Cv HR = ER = 1 - ----------20 Una vez determinado el valor de HR se pueden calcular las potencias de las bombas a partir de la siguiente fórmula: Q * H * SM * 0,736 W = -----------------------3,6 * 75 * η

donde: W= Sm = 0,736 = 3,6 = 75 = η= Q= H=

Potencia en Kw. Peso específico de la mezcla. Factor de conversión Kw-HP. Factor de conversión m3/hora - litros/hora. Factor de conversión kgm - HP. Rendimiento de la bomba en el punto considerado de la curva H-Q. Caudal m3/hora. Altura manométrica corregida, necesaria y total (pérdida de carga + desnivel entre las estaciones).

TIPOS DE TUBERÍAS La capacidad de los plásticos, gomas y cementos o cerámicas, como resistencia a la abrasión de las partículas sólidas y a la corrosión química de las soluciones ácidas y cáusticas, han hecho posible su empleo en el transporte de las hidromezclas. Sin embargo, estos materiales sólo se utilizan en las instalaciones de media o baja presión como el transporte de residuos, plantas mineralúrgicas o térmicas.

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Para el desagüe y la minería aluvionar se utilizan mangueras de goma de hasta 10 Kg/cm2 de resistencia bien forradas exteriormente con textil o con textil reforzado por malla de hilo metálico. También el PVC con forro exterior de fibra de vidrio es empleado en las bajas presiones de pulpas muy ácidas.

Para condiciones de alta presión, mayores de 10 Kg/cm2, suelen utilizarse tuberías de acero revestidas con cualquiera de estos materiales, que van prosperando en calidad al tiempo que se aligeran en su peso por metro: -

Cemento de asbestos o basaltos, con espesores de 3 a 6 mm.

-

Gomas o caucho, con espesores de 3 a 6 mm., y

-

Plásticos o polímeros, tales como PVC, PE (polietileno) PPL (polipropileno), etc., con espesores de 1.5, 3 y 6 mm.

En los últimos años, se están imponiendo las tuberías con revestimiento de plástico por sus numerosas ventajas: -

Están libres de corrosión interna y externa.

-

No se produce una corrosión galvánica.

-

Mayor resistencia a la abrasión.

-

Facilidad de colocación, corte y empalme en el campo.

-

Más ligera por metro lineal.

Por el contrario son más caras y suelen ser importadas con plazos de entrega largos.

La fórmula para calcular el espesor de las tuberías de acero y forro de plástico es: pd t = ---+C 2s

en donde: t = espesor de la pared (cm.) p = presión interna (Kg/cm2). d = diámetro interior (cm) s = resistencia a la tensión permitida (Kg/cm2) c = desgaste máximo permitido (micras) En la elección de uno u otro tipo de tubería deben considerarse un gran número de propiedades de la hidromezcla, pH, gradiente de erosión-corrosión, según la densidad de la hidromezcla, etc.,

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así como la duración y el precio unitario de cada una, al ser el concepto más caro de la instalación tanto en su adquisición como en la operación.

Es conveniente y recomendable efectuar ensayos de desgastes en plantas pilotos de centros de investigación o Universidades para elegir la mejor alternativa. Las uniones o conexiones de las tuberías deben hacerse con juntas del tipo "Victaulic" o con soldadura térmica en el caso de plásticos, buscando la rapidez y hermeticidad total. Dado su elevado coste de instalación es aconsejable que la longitud de los tubos sea la mayor posible, al menos 6 metros, para poder también manejarlos fácilmente.

En caso de un gradiente favorable es preferible el uso de canales en lugar de tuberías e incluso de arquetas de pérdida de velocidad para evitar el desgaste de los tubos o las canales. Fue muy popular, en otros tiempos el canaleo de madera o con lajas de pizarra para pulpas muy corrosivas, pero hoy se ha sustituido por los plásticos o el cemento asbestos en media circunferencia a partir del corte de tubos de gran diámetro.

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CAPITULO XXXII. MAQUINARIA AUXILIAR DE SERVICIOS 1.- INTRODUCCIÓN. LOS SERVICIOS GENERALES EN MINERÍA El área de los Servicios en la actividad minera, como en cualquier otra actividad industrial, es fundamental y precisa de una cierta atención y estudio, pues lo contrario puede conducir a un fracaso del proyecto minero, por muy ambicioso que este sea en su planeamiento operativo.

Además de las fases productivas del ciclo minero clásico, un cierto número de otras actividades auxiliares son necesarias cuando no imprescindibles para realizar la actividad puramente productiva. En la minería de interior la ventilación y el desagüe o la entibación para sostener el techo son claros ejemplos de la imprescindibilidad de estas operaciones, mientras que en el caso del cielo abierto tienen un mayor carácter de necesidad, tales como el mantenimiento de pistas y bancos, control de estabilidades, disposición de los vertederos y su restauración, comunicaciones, bombeo, suministro de energía, iluminación, reducción de ruidos y polvo y logística de suministros a las zonas de trabajo.

En la planificación y en los cálculos de los rendimientos y los costos, los servicios tienen un claro carácter de soporte a las operaciones principales de producción.

Por "Servicios" entendemos aquellos medios, sistemas, organización, etc. capaces de mejorar o mantener el ritmo y la continuidad de la operación de la mina, y por lo tanto la productividad intrínseca de esta. Con un criterio moderno, se abarca también como servicios a los aspectos financieros, comerciales y contables, pero en este tema, tan solo nos referimos a aquellos que tienen un carácter técnico de soporte a la operación minera.

Si bien la misma palabra de servicios pudiera hacer creer en un carácter secundario, puede asegurarse que su importancia es casi tan capital o igual que la propia de la maquinaria o equipos productivos. Si algo permite obtener el menor costo de operación es tanto el empleo de los grandes equipos como el obtener de ellos su mayor rendimiento. (Utilización = Eficacia x Disponibilidad), para lo cual es precisa la presencia operativa de toda la maquinaria y de las plantas auxiliares, lo que señala la extraordinaria importancia que en el momento actual tiene y tiene el Mantenimiento como un servicio de la máxima trascendencia en la operación minera a cielo abierto y lo mismo pasa para los sondeos y la minería de interior.

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Desgraciadamente el técnico, que dirige o proyecta una mina, se ve, ante el financiero o propietario del capital, muy poco asistido en este aspecto de los servicios, excepto en el financiero, que parecen para este último un exceso o un lujo que es preciso recortar al máximo, aun cuando luego pretenden exigir unos costos de operación competitivos con aquellos mineros que invirtieron en unos buenos servicios. Las modernas técnicas de racionalización del trabajo han contribuido, no poco, a extender el, aparentemente lógico, criterio de saturación total del personal. En una explotación a cielo abierto, o en una subterránea moderna con el empleo de una maquinaria de gran capacidad y potencia y con un elevado costo de la inversión, el costo de personal está normalmente entre el 20 y el 30 por ciento del costo total de la operación e inversión, de donde se puede deducir su relativa importancia. Sin embargo los actuales altos costos de la amortización y de financieros del equipo o maquinaria principal pueden llegar a alcanzar hasta un 50 % o más de los costos totales. Por ello, se puede deducir que lo que se debe perseguir hoy será la máxima saturación de la maquinaria. Criterio que choca y chocará siempre con aquellos puntos de vista más rígidos de la organización empresarial y/o sindical, en especial en cuanto a aquellos equipos de conservación, mantenimiento preventivo, limpieza, arreglo de las pistas, servicios de repuestos, horario continuado, trabajo en días festivos, etc.; debemos recordar que la buena utilización de la maquinaria en el trabajo es la que permite obtener el beneficio y para conseguir que sea lo más próxima al 100 %, todos los medios son pocos y especialmente aquellos medios de un menor valor como suelen ser los servicios.

Vamos a tratar de describir someramente algunos de los medios y servicios que hoy se consideran necesarios en una explotación minera a cielo abierto y también en las más modernas explotaciones de interior, bien mecanizadas y automatizadas, para conseguir una eficiencia aceptable, y por lo tanto para mantener un ritmo de producción, que logra el menor costo posible de la tonelada de mineral, verdadero objetivo minero. Una primera clasificación de los servicios hace que distingamos dos grandes grupos:

SERVICIOS MINA

+ - Medios para mantenimiento de la explotación. * - Maquinaria auxiliar. . - Medios para mantenimiento de la maquinaria

SERVICIOS GENERALES

+ - Plantas auxiliares * - Medios de comunicación . - Control y organización. Topografía e informática

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MEDIOS PARA LA EXPLOTACIÓN

MANTENIMIENTO MAQUINARIA

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+ neumáticos + - tractores . orugas * * - motoniveladoras * - compactadoras o apisonadoras * - camiones de riego * - limpieza regatas y capas * - retroexcavadoras * - desagüe: bombas y tuberías * - iluminación . - varios + preventivo + - mantenimiento * correctivo * . predictivo * - taller principal * - talleres móviles * - talleres exteriores * - estación de servicio . - organización y control

PLANTAS AUXILIARES

+ - trituración fija o móvil * - almacenamiento de minerales * - homogeneización o blending * - almacén de repuestos y materiales * - planta de explosivos * - polvorín * - oficinas y topografía * - vestuarios y comedores * - distribución eléctrica . - varios (agua potable o industrial, etc).

MEDIOS DE COMUNICACIÓN Y CONTROL

+ - terrestres * * * * - aéreos * * * . ordenadores

+ teléfono, télex, telefax * camiones, autobuses. . vehículos personales. + ondas- radio- teléfonos * aviones . helicópteros + * * .

personales locales centros exteriores

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2.- MEDIOS PARA EL MANTENIMIENTO DE LA EXPLOTACIÓN. MAQUINARIA AUXILIAR. Sin duda alguna los medios auxiliares afectan directamente a la producción, por lo que son importantes y necesarios en toda operación minera. Su objetivo fundamental es mantener el estado de la mina tanto en bancos, pistas, regatas, vacies, etc. lo mejor posible para alcanzar las eficiencias y ritmos de producción previstos. Los principales equipos auxiliares empleados en el mantenimiento de la explotación son: a) Tractores. b) Motoniveladora. c) Camión de riego. d) Compactadores. e) Limpiadora de regatas. f) Equipos portátiles de iluminación. g) Retacadora de barrenos. h) Equipo de taqueo.

LOS TRACTORES

*

*

*

Aunque han sido mencionados en cursos anteriores tanto al hablar del arranque como de la carga por sus funciones de ripado y de empuje, éstas no son más que algunas de las múltiples funciones que dichas máquinas desarrollan en una explotación. Otros trabajos que realizan los tractores podemos resumirlos en:

TRACTORES DE ORUGAS

-

Ejecución de rampas y caminos; bien tras una prevoladura de la zona o si es posible ripándola. La función de explanación es previa a la utilización de cualquier otra máquina que lo termine o que realice un mejor acabado.

-

Arreglo de la zona de carga. Es normal el mantener un tractor con riper al lado de la pala excavadora o cargadora, de tal modo que ésta no emplee tiempo en recoger o

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preparar el tajo, así como limpiando el acceso a la misma de los vehículos de transporte. Para esta función son muy útiles los tractores sobre neumáticos ya que el arreglo de la zona es más perfecto. Sin embargo para el arranque de alguna pata o repie es preferible el tractor sobre orugas con riper trasero, que también será necesario para ayudar en la carga del material por la pala cargadora. -

Arreglo previo del camino. Bien por baches de cierta envergadura, bien por caída de materiales de cierta importancia, es necesario el uso del tractor antes de pasar la motoniveladora. Asimismo cuando sea necesario desviar el camino por una zona que previamente ha sido arrancada, debe utilizarse el tractor antes de cualquier otro elemento para conseguir precisamente que el trabajo de la motoniveladora sea más perfecto. Para este servicio es preferible el tractor de neumáticos.

-

Arreglo de los vacies. Es tendencia habitual que la altura del vacie sea lo mayor posible para tener así una gran reserva de espacio donde descargar. Sin embargo esa altura supone un cierto peligro para el vaciado de los vehículos, peligro que disminuye con el empleo de un tractor, de tal modo que el vehículo no descargue directamente en el borde, sino que deje montones que serán empujados posteriormente por el bulldozer. Otro sistema es dividir el talud del vacie en varias terrazas, disminuyendole el ángulo del mismo y disminuyendole el ángulo del mismo y la altura del vaciado, con lo que también desaparece en gran parte el peligro de zonas de rotura o inestabilidad en los bordes. En este segundo modo de llevar el vacie es todavía más necesario el tractor. Es práctico emplear compactadores de alta velocidad equipados con una hoja de empuje, realizando así el compactado y arreglo del vacíe conjuntamente.

-

Empuje de materiales. En algunas explotaciones las máquinas de carga están en niveles fijos y ciertas zonas entre niveles de carga están subdivididas, bien por las rampas de acceso , bien por niveles intermedios (Andaluza de Minas). En otros casos ciertos disparos necesitan ser empujados hacia la zona de carga y ello debe ser efectuado por un tractor. Así mismo cuando se emplea el transporte por ferrocarril es necesario, en ocasiones, acercar el material a la excavadora por no alcanzar ésta, o bien al material o bien al vagón.

-

*

Arrastre de vehículos. En casos de averías o paradas es preciso eliminar rápidamente del circuito algún vehículo, para lo que puede emplearse bien la grúa o un tractor con cable de arrastre. También se emplean para desplazar los patines que soportan los cables de alimentación de los equipos, existen otros patines que además de servir como un medio

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de transporte rápido del cable, sirven como punta de conexión en la necesidad de alargar el cable al avanzar la explotación. El transporte de este tipo de patines se puede observar en la figura adjunta. -

Empuje de las mototraillas en el caso de que estas se empleen como medio operativo de arranque y transporte. Puede ser preciso el empleo de 2 tractores para llenar una sola traílla.

-

Ejecución de bordes o bordillos de protección. Bien en rampas de acceso a los diferentes niveles, bien en zonas de acumulación de aguas, para impedir el paso de éstas hacia las áreas de transporte.

-

Varias como apertura y relleno de zanjas, ejecución de explanaciones sobre rellenos, limpieza de broza y árboles, quita nieves, apilado del mineral, etc.

En la selección de un tractor deben considerarse los siguientes puntos: 1.

Características del trabajo a realizar.

2.

Número de unidades requeridas.

3.

Tamaño de las unidades.

4.

Tipo de unidad, sobre cadenas o sobre neumáticos.

Dos tipos de tractores dominan el mercado actualmente, el clásico tractor sobre cadenas y el tractor montado sobre neumáticos. Sobre la elección entre estos dos tipos, hay ventajas e inconvenientes en cada uno de ellos, y así adaptándose a las características de la explotación se llegará a determinar el tipo más adecuado. A título orientativo se comparan seguidamente los dos tipos de tractores para distintos factores que deben ser tenidos en cuenta a la hora de seleccionar estos equipos:

TRACTORES DE NEUMATICOS

*

*

Velocidad y movilidad. En este aspecto los de neumáticos presentan más ventajas frente a los de cadenas, llegando a ser éste uno de los factores más críticos.

*

Tracción. La tracción es una ventaja patente de los tractores de cadenas por su mayor

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adherencia, ya que un tractor de neumáticos para ejercer una misma capacidad de empuje necesita un mayor peso. *

Costes. Puesto que los tractores de neumáticos necesitan disponer de mayor peso y potencia que los de cadenas para una misma capacidad de empuje, tendrán por lo tanto un valor de adquisición mayor. Sin embargo, dado su menor peso unitario son más económicos de adquisición y de operación.

En el coste de reparación o mantenimiento la partida más importante está constituida por las cadenas o los neumáticos según el caso, por lo que la vida de cada una de ellas varia en función del estado del piso y del trabajo que efectúen. Maniobrabilidad.

Con tractores de neumáticos articulados, la maniobrabilidad es mayor que los de cadenas.

Compactación y flotabilidad.

Los tractores de cadenas tienen más flotación y por lo tanto realizan una reducida compactación del terreno. Por el contrario los tractores de neumáticos tienen una menor flotación y ejercen un mayor esfuerzo de compactación, siendo adecuados en la construcción de vacies, pasadas de escollera y apilado de carbón, ya que en este último caso la compactación reduce el peligro de combustión espontanea.

En resumen, si bien los tractores de neumáticos son más caros para una misma capacidad de empuje, esto queda compensado por la facilidad y rapidez de desplazamiento que permite utilizarlo en diferentes trabajos y zonas, con lo cual el coeficiente de utilización podría elevarse. Podemos asegurar que en una obra será raro encontrar un tractor parado por falta de trabajo, es más,bien corriente estar siempre escaso de maquinas, por lo que es conveniente disponer de los dos tipos y a ser posible, con holgura a la hora de planificar el número de unidades.

La producción de un tractor en el trabajo más normal que es el arrastre o empuje de material, se calcula por la formula:

P(m 3 /hora)= 60.lh 2T /

C

siendo:

.

2 . E .C V. tanφ

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E= TC = V=

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Longitud de la hoja en metros. Ángulo del talud natural del material. Altura de la hoja en metros. Factor de corrección debido a que en los extremos de la hoja no se mantiene constante la sección: C = 0,8 Arena, grava o roca volada. C = 1,0 Tierra de fácil manipulación Este factor también varía según el tipo de hoja de empuje: C = 1,15 hoja en semi U. C = 1,20 hoja en V. Coeficiente de eficiencia de la operación. Ciclo de la operación en minutos. Coeficiente de esponjamiento del material

En el caso de una operación combinada de ripado y empuje, debe tenerse en cuenta que: Tr + Te = 50 min. (Eficiencia 83%) Tr * Pr = Te * Pe donde: Tr = Te = Pr = Pe =

Tiempo de ripado (min). Tiempo de empuje (min). Producción de ripado (material suelto m3S/min). Producción de empuje ( mS3/min).

Obteniéndose con las ecuaciones anteriores la producción horaria, combinada, teórica.

LA MOTONIVELADORA

*

Esta máquina automotora tiene por misión principal la nivelación y afinado del terreno, pudiendo para ello ripar, excavar y transportar el material, en pequeñas cantidades.

El elemento principal de trabajo es una hoja recta de perfil curvo, cuya longitud determina el modelo y potencia de la máquina .

MODELOS DE MOTONIVELADORAS MINERAS

En el plano horizontal la hoja puede formar cualquier ángulo con el eje longitudinal de la máquina

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y además puede inclinar se con relación al plano horizontal hasta quedar en posición vertical.

Además de la hoja puede llevar otros aparejos como escarificador, delantero o trasero, pala de empuje, estabilizadores de hoja, caja emparejadora, rodillo, etc., pero en minería son infrecuentes.

Los trabajos que pueden realizarse con esta máquina son: -

Excavación; ejecución de regatas, desagües, reposadores.

-

Nivelación, explanación, distribución y afinado. Se requieren una serie de pasadas para cada faceta, variando el ángulo horizontal desde 50º para la nivelación hasta 90º para el afinado que no suele llevar más de 2 pasadas. El ángulo de incidencia de la hoja con el terreno debe ser próximo a los 90º.

-

Desplazamiento de tierras, fangos y lodos de áreas de trabajo e incluso de empuje en vertederos.

-

Descortezado en zonas cubiertas por broza o arbustos pequeños. De todas formas para este trabajo se requieren niveladoras de gran potencia, que cada día son más habituales en minería.

-

Levantamiento de firmes de macadam con el escarificador y desplazamiento de los materiales removidos.

-

Limpieza de las cunetas de las carreteras o caminos. No tan sólo puede construir las cunetas o regatas, sino que por darles una forma adecuada, puede luego limpiarlas debidamente, acumulando los lodos o materiales en una zona de más fácil carga.

-

Mezclado y puesta en obra del material que sirve de firme a la carretera. En ciertas explotaciones en que el firme no es suficientemente compactable se emplea con éxito una capa de material adecuado, grava, material calizo homogeneizado, escoria, etc. Para su distribución por la pista, interrumpiendo el trafico lo menos posible, es muy útil la niveladora.

-

Conservación permanente de las pistas de circulación. Esta es la función más importante ya que el efecto que causa sobre la circulación es enormemente beneficioso por las siguientes causas: *

Mayor velocidad de los vehículos y por ello menor número de unidades.

*

Menor consumo de combustible.

*

Mayor vida de la suspensión e incluso reducción de la misma.

*

Mayor vida de los neumáticos.

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*

Mejor distribución del riego y por tanto menor polvo.

*

Mayor seguridad en el trabajo.

*

Mejor conservación de la carretera o pista por eliminación de las aguas al efectuar cunetas y forma curva fuera del piso.

Debe insistirse que para conseguir estos resultados es preciso el empleo permanente de la máquina, aunque tan sólo sean dos o tres horas al día, preferible a la revisión cada tantos días o tras un período largo de lluvias.

Como regla de tipo práctico, se considera que debe disponer se de una de estas unidades por cada 30.000 TmKm/día.

Así como en la mayoría de la maquinaria minera, la producción se expresa en metros cúbicos o toneladas, debido a que son máquinas cuya misión principal es el movimiento o manipulación de grandes volúmenes, sin embargo en las motoniveladoras interesan los metros cuadrados o lineales, ya que su principal cometido es nivelar con muy poco movimiento de material.

El tiempo invertido por una motoniveladora en cualquiera de las operaciones que puede realizar, viene

T =

donde: F= T= d= N= Va = E=

· 60

a . E

expresado por:

y la producción P por:

2 . d . N

P = F.V a = 60

2.d.N.F (m 2/h) T·E

ancho útil de la hoja en m tiempo invertido en minutos Distancia recorrida durante la operación metros número de pasadas realizadas velocidad media de trabajo (metros por hora) factor de eficiencia

A título orientativo, damos a continuación un cuadro de las velocidades medias de trabajo de las motoniveladoras para distintas operaciones

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VELOCIDADES MEDIAS DE TRABAJO TIPO DE TRABAJO

km/hora

Nivelación

4a5

Corte de taludes

2a4

Excavación

2a6

Desbroce de tierra vegetal

2a7

Extendido

4a9

Trabajo fácil de corte y relleno

4a9

Mezclado de materiales

7 a 10

El factor de eficiencia varia entre el 70 y el 90% tomándose como valor medio el 80%.

Como la hoja de empuje no suele disponerse perpendicular al sentido de avance de la misma, el frente de trabajo F será igual a la longitud de la hoja L, por el coseno del ángulo φ F = L . cos φ Por último, se representa gráficamente las tres formas de trabajo de una motoniveladora articulada adaptándose cada una de ellas a las operaciones indicadas en el cuadro adjunto. FORMA DE CONDUCCIÓN

TIPO DE TRABAJOS

Bastidor en posición recta

Trabajos de nivelación con grandes pasadas

Giro con el bastidor articulado 2

Cuando se requiere un mayor control y transportar mayores cargas con la hoja

Marcha con el bastidor en diagonal 3

Permite compensar las cargas laterales pasando por encima de grandes cordones, mantiene las ruedas fuera del fondo embarrado de las zanjas en los trabajos de corte de cunetas, y aumenta la estabilidad de la máquina cuando se trabaja en laderas o haciendo taludes

c) COMPACTADORES Tanto en el caso en que la pista se construya con el firme de la obra como si disponga de materiales debidamente mezclados que formen la sub-base y superficie de esta, será conveniente darle al firme un grado de compactación suficiente con el fin de que la resistencia a la rodadura sea la menor posible y se aumente la estabilidad del mismo.

Los principales factores que intervienen en un trabajo de compactación son: 1. Granulometría del material 2. Porcentaje de humedad

FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS 3. Tipo de esfuerzo de compactación

LABOREO II Y EXPLOSIVOS *

Peso estático (o presión)

*

Acción de amasamiento

*

Impacto

*

Vibración

Los equipos de compactación pueden clasificarse en los siguientes tipos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

De reja ó "Grid roller" Vibratorio Tambor de acero liso De varios neumáticos De un neumático pesado De pata de cabra "Sheeps-foot" De pisón en punta de diamante De pisones para rocas "rock tamping foot"

En el siguiente cuadro, proporcionado por Caterpillar, se pueden observar las zonas de utilización de los diferentes sistemas en función del tipo de material, y los esfuerzos de compactación de cada uno de los sistemas.

Hemos de añadir, que el empleo de compactadores no solo se centra en la construcción de pistas, sino incluso en los vertederos de estéril, en los que como ya hemos indicado es preferible la disposición del material formando tongadas horizontales. Esta disposición permite el compactado del material tanto por los equipos de transporte como por los propios equipos de compactado, consiguiéndose de esta forma reducir considerablemente el volumen ocupado por los estériles y obtener una estabilidad mayor del vertedero.

También suelen emplearse en la construcción de presas de residuos de la explotación o almacenamiento de mineral que debe procurarse que no se oxide.

La producción de un compactador puede expresarse a partir de la formula:

m 3/hcompactados= 1000

donde: (A) = (V) = (C) =

Ancho de compactación por pasada (m) Velocidad media del compactador (Km/h) Espesor compactado de la capa, en (m.m)

(A).(V).(C).(E) P

FUNDAMENTOS DE LABOREO DE MINAS (E) = (P) =

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Factor combinado de eficiencia Número de pasadas de la maquina para obtener la compactación deseada.

Es necesario diferenciar claramente los conceptos de volumen del material en banco o "in situ" (m3b), volumen de material suelto o esponjado (m3s) y volumen del material compactado (m 3c). La relación entre el volumen del material compactado y volumen en banco, es lo que se define como "Factor de compresibilidad". F.C. = (m3c) / (m3b)

El volumen de la obra, el tipo de material y el criterio técnico del ingeniero jefe de la obra, determinan el tipo de compactado más adecuado, pero en cualquier caso, no debe olvidarse que es un factor importante tanto en la productividad del transporte, estabilidad de vertederos, mantenimiento de pistas, etc.

d) CAMIÓN DE RIEGO Es muy normal que en las explotaciones a cielo abierto el polvo sea el enemigo número uno del trafico, debido principalmente al tipo de piso de la pista, a la densidad de circulación pesada, y a la acción del viento y de la temperatura.

Se han pensado muchas soluciones para luchar contra ello, desde asfaltar aquellas zonas en que los trabajos están terminados hasta, una simple manga de riego. Ambos extremos no son frecuentes, ambos por su elevado costo, el primero por el enorme firme que requiere dado el tonelaje a soportar y la carga por eje, y el segundo por la cantidad de personal y las instalaciones de tuberías que necesitaría.

La solución más generalizada es la utilización de camiones de riego, bien simplemente con agua o de soluciones ligeramente asfálticas o con productos emulsionantes más o menos complicados. Una solución que parece haber dado resultado es la de sulfonato de lignina y otra es el empleo de aceites viejos de la maquinaria extendido en forma muy rociada. De cualquier forma el empleo del agua es la más generalizada y también lo es usar para ello algún volquete amortizado o alguna mototrailla preparando adecuadamente la caja y disponiendo de una bomba en que la presión sea siempre constante y al menos superior a los 4 Kg/cm2. Puede emplearse el sistema hidráulico de los cilindros de vuelco para obtener una presión más elevada a través de motores hidráulicos que accionan bombas de alta presión.

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Debe tratar de obtenerse un caudal superior a 2 m3/min y una altura manométrica de 40 m. El sistema de llenado de la cuba debe diseñarse con una capacidad de 5 m3/min y una reserva almacenada de 300 m3 tratando de utilizar preferentemente aguas residuales del proceso de preparación del mineral ya que es un efectivo método de eliminar por evaporación la contaminación líquida.

Es importante, al disponer de la maquinaria de riego de un eficaz sistema de llenado de la cisterna para eliminar los tiempos muertos de esta máquina. No es raro llegar a disponer de una estación de llenado con bomba, en un lugar paralelo al circuito.

Una formula que da el número de camiones de riego necesarios

N.C. =

I.L.A.TC VC.E

donde: N.C. = Número de camiones de riego. I= Índice de eliminación de polvo en litros/hora/m2. Es función de la evaporación, filtración L= Longitud de pistas en m. A= Anchura de pistas en m. VC = Volumen de la cisterna en litros. TC = Tiempo de ciclo, incluye tiempos de llenado y descarga. E = Eficiencia (hora de 50 min.)

"I" es un índice experimental que es preciso determinar y que como es lógico varia a lo largo CAMION DE RIEGO

del año según la climatología de la zona.

Como base se puede estimar en unos 5 litros/dia/m2.

En algunas minas el camión de riego se emplea no solo en el mantenimiento de las pistas, sino incluso en el riego del material que va a ser cargado evitando así el polvo que se produce durante la carga, y en el caso de añadir tensoactivos al agua de riego se puede llegar a eliminar parte del polvo producido durante la manipulación en las primeras fases del proceso, siempre que no afecte al proceso de beneficio del mineral.

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e) LA LIMPIEZA DE LAS REGATAS Y REPOSADORES En determinadas explotaciones situadas en zonas de frecuentes lluvias, no basta con la niveladora para limpiar de fangos y materiales las regatas, en cuyo caso será preciso establecer estas en función de una máquina de limpieza que generalmente es una retroexcavadora especialmente diseñada y que requiere el empleo de unos vehículos adicionales de transporte de altura y capacidad adecuadas a aquella. Estas retroexcavadoras suelen ir equipadas con cazos de forma especial, como el que se muestra en la figura.

También puede emplearse cargadora de zanjas con vertido lateral, con una o varias cubas.

f) LOS EQUIPOS PORTÁTILES PARA LA ILUMINACIÓN Además de los elementos de iluminación propios de la maquinaria y puntos fijos o semifijos en que se puede tener una instalación permanente, será preciso disponer de unos equipos portátiles de proyectores para iluminar las zonas de carga y descarga donde se trabaje temporalmente. Es frecuente tener grupos electrógenos sobre patines o neumáticos que pueden transportar también el cable, siendo remolcados por tractores o cualquier otro vehículo. Generalmente, estos equipos se disponen para iluminar las zonas de perforación, carga y descarga, no siendo necesario hacerlo a lo largo de las rutas de transporte, excepto en puntos especiales. Además de estos elementos, puede disponerse de energía eléctrica en las proximidades de las excavadoras si estas cuentan con un generador de baja tensión o un transformador especial.

g) EL EQUIPOS DE RETACADO Por el carácter novedoso que tiene, es preciso hacer referencia a la aparición de una nueva máquina cuya función es la de introducir en los barrenos el detritus de la perforación una vez que se ha procedido a la carga de estos.

Su aplicación la podemos situar en las grandes exploraciones, donde el número y diámetro de los barrenos es tan elevado que el retacado manual llega a ser tedioso, lento, y sobre todo muy costoso. Su aparición tuvo lugar, hace dos o tres años, en la mina de Bingham Canyon y actualmente se comercializa con un precio de venta de unos 25.000 dólares por máquina, estimándose que su uso permite un ahorro de 25.000 dólares anuales.

Básicamente consiste en un pequeño vehículo automotriz montado sobre neumáticos, similar a

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un tractor agrícola, al que se le ha equipado un sistema bivalva o de empujadores accionados por cilindros hidráulicos. Para el retacado de un barreno la máquina se aproxima a este con los brazos abiertos, una vez situada en la posición correcta se accionan los cilindros hidráulicos describiendo los brazos un movimiento de tipo circular empujando el detritus al hueco del barreno

Se ha comprobado que esta máquina es cuatro o cinco veces más eficaz que el retacado manual, permitiendo su empleo en varios tajos de trabajo y reduciendo el tiempo invertido en la preparación de las voladuras. Con una simple operación de 10 segundos se llega a introducir en el barreno entre el 50 al 75% del detritus.

La disponibilidad de estos equipos es superior al 90% y además pueden ser utilizadas para otras funciones auxiliares de las voladuras e instalaciones de mantenimiento.

h. LOS EQUIPOS DE TAQUEO Entre los equipos disponibles en el mercado para la fragmentación de bolos, esto es bloques con un tamaño mayor al admitido por los equipos de carga, podemos destacar: -

Bola dinámica suspendida (2-6 t). Los martillos hidráulicos de percusión (Energía de impacto de hasta 4000 Julios por golpe). Las perforadoras de pequeño diámetro para la aplicación posterior de explosivos. El cañón de agua.

Todos estos equipos suelen ir montados sobre pequeños tractores de neumáticos de tipo agrícola como el representado en la figura adjunta.

El tipo de cañón de agua comercializado por Atlas Copco, se ha desarrollado recientemente, y consiste en una vez perforado un pequeño barreno de 0,8 m con un martillo hidráulico, aplicar sobre el mismo un cañón hidráulico de alta presión (400 bar) que permite disparar unos 1,8 litros de agua al interior del barreno a una velocidad de varios cientos de metros por segundo produciendo el agrietamiento radial del bolo y la rotura simultánea por reflexión de la onda de choque.

En el esquema adjunto, se refleja el mecanismo de compresión del flúido por acción de un pistón y el tubo de la salida que junto al pistón actúa como válvula de descarga.

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Las ventajas que ofrece este equipo son numerosas y entre ellas caben destacar la no existencia de proyecciones y el reducido nivel de ruido producido durante la operación de taqueo. PRODUCCIONES HORARIAS EN m3/h DE MARTILLOS HIDRÁULICOS FRAGMENTANDO ROCA TIPO DE MATERIAL

POTENCIA DE PERCUSIÓN 17 HP

25 HP

30 HP

- Pizarras y areniscas hasta 1.200 kg/cm2

10 - 30

15 - 40

19 - 60

- Roca hasta 1.800 kg/cm2

8 - 16

9 - 30

13 - 40

7 - 20

9 - 30

1,5 - 5

2-6

- Roca dura hasta 3.000 kg/cm2 - Roca muy dura hasta 7.000 kg/cm

2

- Roca muy dura hasta 7.000 kg/cm2

7 - 16

9 - 21

12 - 30

- Roca muy dura hasta 7.000 kg/cm2

1-5

6 - 15

8 - 18

- Roca muy dura hasta 7.000 kg/cm2

0-7

0 - 10

- Roca muy dura hasta 7.000 kg/cm2

0 -10

0-3

PLANTAS Y EQUIPOS AUXILIARES Dentro del apartado de los servicios generales que como los servicios mina, aunque no directamente productivos, son capaces de mejorar y mantener el ritmo, la calidad y la productividad, podemos distinguir las plantas y equipos auxiliares que subdividimos en:

-

Plantas de trituración primaria

-

Parques de almacenamiento y homogeneización

-

Almacenes

-

Plantas de explosivos y polvorines

-

Talleres fijos y móviles

-

Estación de servicio

-

Oficinas, vestuarios y comedores

Los talleres, fijos y móviles, junto con la estación de servicio y en parte las oficinas mineras, se han contemplado en el Capitulo XIL del libro de "Fundamentos de Laboreo de Minas" por creerlo más conveniente para una mejor ordenación de los conceptos.

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LA PLANTA DE TRITURACIÓN PRIMARIA Sin entrar en el análisis de los sistemas de trituración del mineral o en su caso del estéril, si debemos destacar aquellos puntos que tienen una cierta influencia en las operaciones tanto de la minería a cielo abierto, como más actualmente en la minería subterranea.

Es notable que a lo largo y ancho de la minería mundial varios problemas comunes han existido y existen entre la minería y la trituración. Estos son: 1.

Quejas y problemas po los tamaños máximos del material

2.

Diferencias entre el tonelaje servido por la mina y el recibido por la Planta de trituración.

3.

Interferencia en la producción minera por fallos, esperas o problemas en la planta.

Parece claro que la solución al segundo punto es un adecuado y rápido sistema de control automático e independiente del material, que actualmente no es difícil de solucionar. En cuanto a los puntos primero y tercero, podríamos asegurar que la llave de la solución está en la adecuada fragmentación por parte de los mineros, y en la acertada elección de la trituradora primaria por parte de los mineralúrgicos.

Alan S. Mac Kenzie, de la Cartier Mining Co. de Quebec ha explicado con acertadas palabras la solución que, en cuanto organización, estimamos más técnica y perfecta "El sitio para la trituración primaria está en la mina, no en la planta de preparación". Antiguamente se pensaba y organizaba para que la finalización de la operación minera fuera la planta de trituración primaria, hoy en día la trituración está situada muchas veces en la propia mina para conseguir un control y una calidad más terminada del producto minero y permitir un transporte continuoo por cintas y un pesaje automatizado.

En un análisis económico leído en el American Mining Congress se exponían las influencias que el acertado resultado de la voladura ejercía sobre los varios factores de la explotación. Podía observarse como a excepción de la perforación y la voladura, los costos de carga, transporte y trituración decrecían en forma muy apreciable según el grado de fragmentación obtenido con el disparo.

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LABOREO II Y EXPLOSIVOS Pues, como es lógico, el coste de trituración disminuye al aumentar la fragmentación, ya que se eleva la capacidad, disminuyen los desgastes, y aumenta la disponibilidad al reducirse las pérdidas de tiempo por atascos. Indirectamente, mejora los ciclos de transporte al acortar los tiempos de demora de los volquetes en la trituradora, e incluso se puede eliminar el tradicional empleo de un tractor o pala, que tan frecuentemente estamos acostumbrados a ver, con el fin de alimentar la trituradora con el material apilado en los tiempos de parada forzosa de ésta.

Por esa responsabilidad que el minero ha tenido y tiene en la productividad de la trituración primaria es por lo que ésta debe depender de él, y así servir a la planta de preparación un material bien presentado y de características adecuadas. Además este criterio tiene la ventaja de poder situar el punto de descarga de los vehículos de transporte cerca de la explotación, y que a la planta de preparación pueda transportarse el EFECTOS DE LA VOLADURA SOBRE LOS PROCESOS MINEROS

material más homogéneo desde la mina, con unos medios continuos y menos costosos

como son las cintas transportadoras e incluso las tuberias de pulpa.

La elección de la maquinaria en la mina viene fundamentalmente condicionada por la producción anual y la natural tendencia al menor costo posible. Por ello, el minero tenderá en las unidades de carga, a elegir la mayor maquinaria posible y en especial, disminuyendo el número de ellas. Esta, la capacidad de la cuba, que es la base de la elección de toda la maquinaria minera, está

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a su vez íntimamente relacionada con la trituradora primaria. Pero no debe olvidarse que en la elección de la trituradora influyen otros parámetros como: 1.

Características del material, forma, abrasividad, etc.

2.

Métodos empleados de perforación y voladura.

3.

Tipo y tamaño del equipo de transporte.

4.

Producción y vida de la mina.

5.

Sistema de alimentación de la trituradora.

De Gabay, actualizándose pues procede de un antiguo libro, tomamos los datos siguientes, que en principio siguen teniendo validez por y a pesar de su conservadurismo. Elección de la machacadora primaria en función de la capacidad de la excavadora. MEDIDAS RECOMENDADAS PARA LA MACHACADORA Machacadora de

Machacadora giratoria

mandíbulas Capacidad de la cuba

pulgadas

metros

pulgadas

metros

3 yd3 - 2,25 m3

48 x 60

1.22 x 1.52

42 a 48

1,06 a 1,22

41/2yd3 - 3.38 m3

48 x 60

1.22 x 1.52

42 a 48

1,05 a 1,22

6 yd3 - 4.50 m3

56 x 72

1.42 x 1.82

48 a 60

1.22 a 1.53

>9 yd3 - 6.75 " .

66 x 86

1.67 x 1.90

60 a 72

1.53 a 1.83

Respecto al cuadro de Gabay podemos hacer las siguientes puntualizaciones: - Aun cuando las excavadoras y los volquetes han aumentado su capacidad a veces hasta un factor de crecimineto del orden de 10, según hemos visto, las trituradoras no han pasado casi de los límites que tenían ya para unidades de carga menores.

- La tendencia ha sido mantener el tamaño de la boca de entrada y colocar varias trituradoras en paralelo, consiguiendo así una menor interferencia en la explotación minera y un mejor mantenimiento de la planta de trituración primaria. Este ha sido el caso de la mina de Palabora Mining Company. (ver figura adjunta). También se ha extendido el uso de puntos dobles de descarga de los volquetes, diametralmente opuestos.

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LABOREO II Y EXPLOSIVOS - La implantación de tolvas de descarga de los volquetes con emparrillados o con alimentadores vibrantes de grandes dimensiones han permitido eliminar el paso de los materiales finos primarios y así aumentar la capacidad de trituración. Este ha sido un aspecto muy polémico, ya que algunos técnicos no creen que esté totalmente justificada la introducción de estos equipos al suponer por un lado un aumento sustancial de la inversión de capital, ya que la estructura deberá profundizarse entre 4 y 8 m con el consiguiente aumento de la obra civil y por otro lado la cinta de salida, con una pendiente de unos 15º, deberá tener

DOBLE MACHACADORA GIRATORIA

una longitud adicional de 17 a 30 m, sin olvidar el efecto de colchón que tienen los

finos al verter los volquetes el material Como norma debe seleccionarse la planta de trituración primaria con una capacidad entre un 50 a un 100% mayor que la proyectada para el arranque de la mina. El no proceder así, puede conducir a medio plazo a la aparición de un cuello de botella en toda la operación minera.

- Las tolvas de descarga deberán tener una capacidad superior al menos en 3 veces la máxima de los volquetes. La anchura deberá ser amplia con relación a la de los volquetes y la profundidad requerida no suele superar los 5 m.

- En la práctica, algunos volquetes descargarán el material cuando la tolva esté vacía, con el fin de evitar que las sucesivas descargas sepulten los bloques de gran tamaño grueso directamente sobre la trituradora.

- Muchas instalaciones de trituración primaria están equipadas con unos puentes-grúa para facilitar el mantenimiento de la trituradora y la retirada de los bloques de roca de gran tamaño. También es frecuente disponer de un martillo hidráulico y/o cuchara bivalva montada sobre un

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brazo articulado de fácil manejo para eliminar o romper los bolos. Con estos equipos puede ahorrarse la inversión en el puente grúa que en ocasiones supera los 100 MPtas.

- El sistema de accionamiento más extendido en las trituradoras primarias es el directo mediante motores de baja velocidad. El montaje más adecuado es el efectuado directamente sobre un diafragma de hormigón con el motor en el piso inferior a la trituradora.

- El sistema de lubrificación automática forzado, con control de temperatura, presión y calidad del aceite se ha impuesto totalmente en este tipo de trituradoras primarias. El dispositivo de automatismo que se emplea actualmente, consta de un cofre electrónico conectado por una parte al circuito eléctrico de alimentación del motor de accionamiento y por otra, al circuito hidráulico de control remoto del aparato.

De esta forma se

puede controlar tanto la potencia motriz máxima de la que no deberá pasar el motor de accionamiento, como el esfuerzo máximo producido por la trituración y el reglaje de salida, siendo este último indicado por un nivel que señala la posición del eje del triturador. En la figura adjunta se puede observar el esquema de reglaje automático de una trituradora giratoria. - Las tolvas de material triturado suelen estar revestidas de planchas de acero al manganeso con

ESQUEMA DE TRITURADORA GIRATORIA PRIMARIA

el fin de evitar los desgastes y la capacidad de diseño debe ser de al menos 1,5 veces la de mayor volquete. - Los controles de nivel de llenado son de tipo radiactivo o sónico y para facilitar la limpieza de las tolvas se dispone de unas ventanas o registros de fácil apertura. - Entre la tolva de material triturado y la cinta de salida suele ir colocado un alimentador de placas con velocidades de accionamiento de 9 a 12 m/min. También pueden emplearse alimentadores de cintas que en ocasiones llegan a alcanzar ritmos de operación de 10 a 30 Mt, y presentan diversas ventajas entre las que destacan: la menor inversión y la mayor velocidad de operación.

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- Se ha generalizado el empleo de las trituradoras giratorias, en lugar de las de mandíbulas, ya que para unas dimensiones similares de entrada la producción de aquélla es casi doble, además de que la alimentación en la giratoria puede ser directa, mientras que en la de mandíbulas casi siempre se necesita un alimentador, muy especialmente si el porcentaje de materiales finos y arcillosos es elevado.

- En determinados puntos del edificio de la trituradora se intercalarán aspersores de agua y elementos captadores de polvo. También deberá disponerse de una cabina

IMPLANTACIÓN DE MACHACADORA

de control cerrada que protegerá del ruido y el polvo al operario.

PLANTAS MÓVILES DE TRITURACIÓN. INSTALACIONES MÓVILES Y SEMIMÓVILES. Las plantas Móviles se desarrollaron en Alemania en la década de los años 50 en las explotaciones de caliza y otros minerales blandos. En la industria cementera donde desde hace años se viene utilizando, la explotación se lleva a cabo con frentes largos desplazando la machacadora conjuntamente con el equipo de carga y eliminando totalmente el empleo de volquetes. En estos trabajos las plantas tienen producciones inferiores a las 1000 t/h y el sistema de trituración suele consistir en un molino de martillos o impactos.

El esquema de trabajo está compuesto normalmente por:

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Una machacadora móvil.

-

Un carro-cinta.

-

Una cinta transportadora: •

Fija o estacionaria.

•

Móvil o ripable.

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Cuando se emplea una cinta fija (a) pueden tenerse diversos puntos de carga con el fin de regular y homogeneizar el material arrancado. Las cintas ripables (b) permiten cubrir una gran área de explotación con un único equipo de carga y trituración.

Pero, en minería a gran escala, han de tratarse materiales de gran dureza y abrasividad, con

ESQUEMA DE TRITURADORA MOVIL

producciones superiores a las 2000 t/h, y esto hace que el tipo de trituradora adecuada sea la giratoria. El peso y envergadura de estos equipos requieren una infraestructura pesada y, por lo tanto, una alta inversión inicial. Este hecho, junto a las consideraciones que se exponen a continuación, han obligado a desechar las instalaciones totalmente móviles.

- La poca fiabilidad mecánica de algunos sistemas de traslación que dan lugar a una disponibilidad de la planta muy baja.

- Los tiempos muertos debidos a los frecuentes desplazamientos de la instalación para apartarse del área de voladuras.

Como consecuencia de lo anterior, se preconiza el uso de machacadoras semimóviles o estacionarias, limitando el empleo de volquetes y optimizando el costo de transporte con la utilización de cintas transportadoras. como ejemplo de machacadoras semimóviles en operaciones mineras actuales tenemos: -

Alcoa en Australia con producciones de bauxitas de 1200 a 1500 t/h. en sus explotaciones de Del Parck y Humtly.

-

Lignitos de Meirama, con una producción de esquisto de 600 t/h.

-

Duval Corp. en la Mina Sierrita, con una capacidad de trituración de hasta 4.000 t/h., etc.

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Por otro lado, se observa actualmente la tendencia a limitar el empleo de volquetes a los tramos de pista horizontales o bien hasta una cota determinada, -ya que las fuertes pendientes afectan de forma negativa a la disponibilidad mecánica y al consumo de gas-oil-, e instalar en el interior de la explotación una trituradora estacionaria efectuando el resto del transporte con cintas. Como ejemplo de este método tenemos: -

Twin Buttes de la Anamax Mining Co. con producción anual de estéril y mineral de 28 Mt.

-

Sierrita de la Duval Corporation con 32 Mt de mineral y 30 Mt de estéril por año

-

Sishem de la Iron & Steel Corp. de Sudáfrica con una producción de estéril prevista de 30 Mt/año, etc.

ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA PLANTA MÓVIL Los principales elementos que componen normalmente una unidad móvil o semimóvil de trituración son: -

Equipo de trituración primaria.

-

Tolva y sistema de alimentación.

-

Mecanismo de traslación.

-

Cinta giratoria de salida.

-

Chasis y superestructura.

-

Equipos auxiliares.

EQUIPOS DE TRITURACIÓN PRIMARIA El todo uno procedente de la voladura o de su arranque directo por medios mecánicos sufre la primera etapa de conminución en la trituración primaria, que reduce los tamaños máximos hasta una granulometría de 200-300 mm. Si el material es estéril, ese tamaño es suficiente para su transporte con cintas transportadoras hasta la escombrera pero, en el caso de minerales beneficiables, éstos sufrirán sucesivas etapas de conminución hasta lograr la separación de las especies minerales que permita el enriquecimiento de la mena.

Los medios de rotura utilizados en la línea de trituración primaria se basan en los siguientes principios: -

Compresión lenta. A este grupo pertenecen las machacadoras de mandíbulas y las giratorias.

-

Compresión con choques: Machacadora de doble cilindro dentado y cilindro con

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mandíbula cóncava. -

Percusión. Machacadoras de martillos articulados y molinos de percusión.

A continuación se indican las características y campos de utilización respectivos en función del material a triturar, según E.C. Blanc. TIPOS

CARACTERÍSTICAS DEL MINERAL DUREZA

ABRASIVIDAD

RELACIÓN DE REDUCCIÓN

CAPACIDAD PRODUCCIÓN

Ligera, no pegajosas

8/1 a 10/1

Grande

Ligera, poco pegajosas

8/1 a 10/1

Grande

HUMEDAD

Mandíbulas (Doble Efecto)

Semiduro a extraduro

Abrasivos

Mandíbulas (Simple efecto)

Semiduro a extraduro

Poco o medio abrasivos

Giratorias

Semiduro a extraduro

Abrasivos

Ligera, no pegajosas

6/1 a 8/1

Muy grande

Doble cilindro dentado

Semiduro

Poco abrasivos

Húmedos y pegajosos

4/1 a 5/1

Muy grande

Cilindro Mandíbula

Friable o semiduro

No abrasivos

Húmedos y pegajosos

5/1 a 6/1

Muy grande

Martillos o percusión simple

Friable o semiduro

No abrasivos

Húmedos y pegajosos

10/1 a 20/1

Mediana

Martillos o percusión dobles

Friable o semiduro

No abrasivos

Húmedos y pegajosos

20/1 a 30/1

Mediana

Igualmente, en la ilustración adjunta debida a Wenzel, se muestran los rangos de aplicación de los diversos equipos de trituración, según los tipos de material, producciones, etc. En la industria minera, la elección se inclina abrumadoramente hacia las trituradoras giratorias, debido a: -

Mayor capacidad de producción.

-

Menor mantenimiento.

-

Pequeña producción de material en forma de lajas.

-

Posibilidad de tratar materiales abrasivos.

DRENAJE Y DESAGÜE DE LAS EXPLOTACIONES MINERAS 1. CONSIDERACIONES DERIVADAS DE LA PRESENCIA DE AGUA Las actividades mineras, en general, se encuentran estrechamente ligadas al agua: •

Como un problema a evitar, disminuir o corregir

•

Como una necesidad de utilización del recurso para su aprovechamiento en la propia mina o fuera de ella.

El problema del agua requiere el adecuado enfoque y planteamiento, así como su correcta gestión. Para ello, es necesario que las soluciones estén fundamentadas en estudios hidrológicos e hidrogeológicos suficientemente detallados, desarrollados desde el propio inicio del proyecto y destinados a permitir la gestión racional de la presencia del agua.

Es a partir de estas premisas que, posteriormente, se dimensionan y construyen las oportunas infraestructuras de captación y conducción, así como asegurar la efectividad de la misma, su fiabilidad y su constitución con elementos seguros y de larga duración. Para ello es necesario tener en cuenta que pueden entorpecer las labores mineras, en cualquier circunstancia encarecen la explotación, pero sin olvidar que, si el problema de drenaje no es adecuadamente planteado desde el principio, puede incluso llevar a la suspensión de la explotación minera en sí.

Uno de los puntos de partida de todo proyecto que contemple una excavación de cierta envergadura es, entonces, el profundo conocimiento de esta realidad que se basa en la realización de sendos estudios hidrológicos e hidrogeológicos que permitan, precisamente, gestionar correctamente la presencia de aguas de distinto origen desde tres puntos de vista: •

El agua y su influencia en la estabilidad de taludes y huecos mineros y, en definitiva, en la seguridad geotécnica de la explotación.

•

El agua dentro de la planificación y de las operaciones de la mina, teniendo en cuenta que los usos del agua y las necesidades dentro de la mina son muy diversos.

•

El agua y el medio ambiente, abordando tanto los problemas asociados a la operación minera en sí como los derivados del futuro abandono de la actividad.

2. PROBLEMÁTICA ORIGINADA POR LA PRESENCIA DE AGUA

*

Con carácter general para todo tipo de explotaciones mineras, el agua constituye el agente natural de mayor incidencia como condicionante y desencadenante de inestabilidades y de otros problemas asociados.

Algunos efectos perjudiciales del agua en las operaciones mineras pueden resumirse en:

1.

Reducción de la estabilidad de los taludes, tanto de excavación como del terraplén, ya sean en roca o en taludes de vertederos o suelos. Tal como se muestra en la figura adjunta el peso del macizo rocoso provoca una fuerza que actúa perpendicularmente sobre cualquier plano de debilidad y genera otras fuerzas estabilizadores de fricción frente al deslizamiento sobre dicho plano. El agua subterránea tiene un efecto de elevación del bloque de roca que hace disminuir la fuerza normal y por lo tanto, la resistencia al corte.

τ = ( σu) tgΦ

Además el agua actúa como un fluido lubricante a lo largo del plano de rotura potencial.

En taludes de suelos o rocas no competentes, las acciones son similares. Así pues, para prevenir el deslizamiento o rotura de los taludes, se opta por las siguientes alternativas: •

Reducir la pendiente de los taludes, de la explotación con el consiguiente aumento de ratio.

•

Reforzar los taludes mediante distintos medios de retención. Esto siempre es caro, sobre todo si no se trata de taludes permanentes.

• 2.

Garantizar el adecuado drenaje del macizo

Reducción de los rendimientos de las unidades de carga y transporte al circular sobre pisos embarrados y por mayor formación de baches.

3.

Incremento de los costes de mantenimiento al aumentar el porcentaje de averías originadas por la acción abrasiva del barro, corrosión de la humedad y efecto de esta sobre el equipo eléctrico. Además, el agua actúa como lubricante en los cortes de los neumáticos con la roca.

4.

Incremento de los costes de voladura al obligar al uso de explosivos resistentes al agua como papillas o slurries. La utilización de explosivos tipo ANFO requiere el desaguado previo de los barrenos o la utilización de explosivos encartuchados.

5.

Aumento del peso específico del material y variación de sus características físicas: por ejemplo, una roca con una densidad de 2,1 t/m3 en seco y con una porosidad del 13%, cuando esté saturada pesa un 6,2% más, tal y como se comprueba con las siguientes expresiones:

1 m3* 0,13* 1 t/ m3 = 0,13 t/ m3 6.

∆=

0,13 * 100 = 6,2% 2,10

Drástica reducción en los rendimientos de las Cribas e incremento de los atascos en la trituración, traduciéndose todo ello en un mayor consumo de energía de tratamiento.

7.

Generación de aguas ácidas (fenómeno conocido como ARD [Acid Rock Drainage] o “Drenaje Ácido de Rocas”), como sucede frecuentemente en minas de carbón y sulfuros metálicos. Este fenómeno requiere un riguroso control y tratamiento de las aguas contaminadas antes de su vertido. El fenómeno se debe a la reacción del agua con la pirita en presencia de oxígeno: 4FeS2+14O2+4H2O → 4FeSO4+2H2O+ 2H2SO4

8.

Incremento del deterioro de túneles y obras subterráneas, así como reducción de la vida útil de estas obras.

9.

Producción de daños en las instalaciones y necesidad de empleo de costosos equipos de control y evacuación.

10.

Posible aumento de la siniestralidad.

11.

Aumento en el coste del drenaje y desagüe por la necesidad de construcción de plantas de tratamiento de aguas, adopción de medidas correctoras de la contaminación de las aguas y mayores cánones de vertido.

3. BENEFICIOS OBTENIDOS POR LA PRESENCIA DE AGUA EN LOS MACIZOS Sin perjuicio de todo lo anterior, el agua, adecuadamente captada, conducida, controlada y gestionada genera un interés y un conjunto de potenciales beneficios, entre los que destacan: •

Suministro a poblaciones cercanas, previa depuración y tratamiento.

•

Aprovechamiento en las plantas de concentración, estación de lavado, riego de pistas, reforestaciones, jardines y otras actividades.

•

Extracción de materias solubles minerales que por un proceso de disolución se han incorporado a las aguas.

•

Cesión a comunidades próximas para desarrollo agrario o ganadero.

4. FACTORES CONDICIONANTES DE LA PRESENCIA DE AGUA Las aguas que afectan al normal desarrollo de un proyecto y su conservación y que, en consecuencia, requieren que sean captadas y gestionadas, tienen distintas procedencias: •

Aguas pluviales que precipitan directamente en la excavación.

•

Aguas de escorrentía superficial no desviadas que entran en el perímetro de la excavación

•

Aguas subterráneas que se filtran o alumbran en forma de manantial al profundizar la excavación.

Si bien, el agua procedente de estas tres fuentes puede ser simplemente eliminada por bombeo en las zonas de menor cota dentro de la explotación, la escorrentía superficial debe siempre ser interceptada previamente, por razones de economía y seguridad, mediante unos canales de protección, guarda o desvío.

5. CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS Los factores que definen la hidrogeología de una zona son: •

Características geológicas del área, debido al distinto comportamiento de las distintas litologías con respecto al agua y las características estructurales presentes (fallas, estructuras sinclinales o anticlinales, cabalgamientos, bloques hundidos, etc.), que definen en cada punto la capacidad de almacenamiento y / o transmisión del agua.

•

La climatología, pluviosidad, evapotranspiración, heladas, etc., que constituyen la principal fuente natural del agua y determinan las características del funcionamiento de la hidrología superficial y subterránea.

•

La geomorfología, que en estrecha relación con los dos anteriores, condiciona el comportamiento hidrogeológico del área. Cuando la escorrentía superficial se da con velocidades altas, la velocidad de infiltración disminuye y en aquellas zonas orográficamente complicadas con configuraciones hidrográficas intrincadas y complejas las recargas de acuíferos serán pequeñas frente a la escorrentía superficial.

Si bien en su mayor parte las aguas subterráneas proceden de la infiltración de las precipitaciones y de las aguas de escorrentía superficial, existe una parte que procede de la formación de las llamadas aguas metamórficas originadas en los procesos físico – químicos de metamorfización con profundidad. También existen algunas pequeñas aportaciones de los procesos de diferenciación magmática en el ascenso de las rocas ígneas hacia la superficie de la tierra.

Con respecto a los materiales que constituyen los acuíferos, estos pueden ser: •

Materiales sueltos no consolidados que pueden tener su origen en génesis diversas.

•

Rocas sedimentarias consolidadas que han sufrido importantes procesos de disolución y que han dado lugar a importantes vías de circulación de agua, como es el caso de los karsts en calizas y yesos

•

Materiales ígneos y metamórficos fisurados que, aun no teniendo gran capacidad de almacenamiento, si poseen una gran permeabilidad.

6. ESTUDIOS DE DRENAJE DE UNA EXPLOTACIÓN MINERA Toda explotación minera se ubica en una cuenca hidrológica e hidrogeológica concreta y, en la mayoría de los casos, se desarrolla por debajo de los niveles freáticos de la zona. Por ello, las explotaciones constituyen puntos de drenaje o de descarga de escorrentías superficiales y / o subterráneas y, en todos los casos, pueden llegar a alterar el funcionamiento hidrológico o hidrogeológico de la zona.

El objetivo primordial es conseguir que las aguas que entren en contacto con la mina (tanto superficiales como subterráneas), sean las mínimas posibles, así como que el previsible contacto se realice de la manera más controlada posible.

Las afecciones hidrológicas e hidrogeológicas debidas a las actividades de drenaje y desagüe de la mina serán de larga duración, ya que los trabajos deben haber iniciado dos o tres años antes del comienzo de la explotación, se prolongan a lo largo de la vida de la mina (20 - 25 años o más) y seguirán durante la fase de abandono, una vez concluida la explotación.

El conjunto de afecciones exigen disponer desde el inicio del proyecto, de un exhaustivo estudio hidrogeológico previo, en el que: •

Se identifique y caracterice detalladamente toda el área de funcionamiento y de afección hidrogeológica de la zona a explotar (áreas de recarga y de descarga)

•

Permita plantear un modelo conceptual de funcionamiento

•

Posteriormente, permita el desarrollo de un modelo numérico de flujo, que incluya la simulación de una serie de alternativas de drenaje

•

Permita llegar, finalmente, a la elección y el diseño del sistema de drenaje que se considere más conveniente.

Estos estudios hidrogeológicos de drenaje deberían realizarse con unos objetivos eminentemente prácticos y combinarán actividades convencionales en los estudios hidrogeológicos de caracterización y funcionamiento, con otras especificas de los estudios de drenaje, como son los trabajos de instrumentación y experimentación.

6.1. Actividades convencionales Como actividades convencionales destacan, fundamentalmente, las seis que se exponen a continuación: •

Caracterización geológica y estructural: litologías, geometría y estructuras de las formaciones y materiales relacionados con el área de estudio y, preferentemente, de las formaciones a drenar.

•

Hidrología superficial: identificación y caracterización de cuencas vertientes y relacionadas con la mina y control de caudales circulantes.

•

Estudio hidroclimático: estudio de precipitaciones y temperaturas, cálculo de evapotranspiración potencial, real y lluvia útil o escorrentía total.

•

Cálculo de los volúmenes hídricos (superficiales y subterráneos) relacionados con la mina.

•

Inventario de puntos de agua: manantiales, surgencias, pozos y sondeos.

•

Redes de control periódico: piezometría, foronomía y calidad química.

6.2. Trabajos de experimentación Como trabajos de experimentación necesarios en los estudios de drenaje de minas deben destacarse, al menos, dos: •

Construcción e instalación de sondeos o pozos verticales de drenaje y de sondeos piezométricos, abiertos y cerrados (e instrumentación de los segundos con piezómetros de cuerda vibrante).

•

Realización de ensayos de bombeo individuales y pruebas de drenaje o de bombeo conjunto (por grupos de pozos) de larga duración.

6.3. Modelos de funcionamiento hidrogeológico y diseño del sistema de drenaje La determinación de los caudales subterráneos es más compleja que para la escorrentía superficial pues dependen de la infiltración, entendiendo como tal el proceso por el que el agua penetra en el terreno y desciende por la acción conjunta de las fuerzas capilares y de la gravedad. Esta infiltración depende tanto de las características del terreno como de las características del agua como fluido que se infiltra. Factores que definen las características del terreno Condiciones de la superficie: •

Compactación natural, por cuanto dificulta la infiltración, ya que el agua arrastra los elementos más finos del terreno hacia el interior, tapando poros y grietas en el suelo por el que pasa.

•

Vegetación, por cuanto la abundancia de esta facilita la penetración del agua al impedir la compactación del suelo.

•

Pendiente, por cuanto los terrenos con mayor pendiente son menos propicios a la retención de agua.

•

Fracturación del terreno, por cuanto esta favorece la infiltración del agua.

•

Urbanización del área, por cuanto el asfaltado y la canalización del agua evitan la infiltración del agua.

Características del terreno: •

Textura del terreno, en referencia a la cantidad de finos que produce el progresivo taponamiento de los poros y reduce la capacidad de paso del agua.

•

Tamaño de los poros, ya que los poros grandes por una parte reducen la tensión capilar, pero por otra favorecen la entrada directa del agua.

•

Calor específico del terreno, que influye en la viscosidad del fluido que se infiltra.

•

Aire que llena los poros libres del suelo, cuya evacuación de los poros y la sustitución de su espació por el agua infiltrada requiere un cierto tiempo, lo que hace que la intensidad de la infiltración disminuya.

Para la determinación de los caudales de aportación subterránea deben tenerse en cuenta parámetros hidrogeológicos como la porosidad, la permeabilidad, el gradiente hidráulico y la transmisividad.

La porosidad total viene dada por la relación entre el volumen de huecos y el volumen total de material. Junto con ella, hay otro factor que permite conocer la capacidad de almacenamiento de agua de una formación: el denominado índice de poros, que es la relación entre el volumen de poros y el de partículas sólidas.

La permeabilidad o conductividad hidráulica es la propiedad del material que permite la filtración y circulación del agua a través de poros conectados entre sí, es decir, es la facilidad con la que circula el agua en su interior. El gradiente hidráulico es la diferencia de carga hidráulica entre dos puntos de la zona saturada de un acuífero en relación con la distancia que los separa y son precisamente estas diferencias de presión las causantes del movimiento del agua en el subsuelo saturado. Finalmente, la transmisividad es un parámetro que cuantifica la capacidad que tiene un acuífero para ceder agua (es decir, una formación saturada y muy permeable, pero de muy poco espesor, puede ser muy poco transmisiva).

Con toda la información obtenida y debidamente analizada, tanto de las actividades convencionales, como de los trabajos de experimentación, se planteará un modelo conceptual de funcionamiento hidrogeológico del área de estudio relacionada con la mina, en el que se incluya la definición litológica y geotécnica de las formaciones a drenar, la recarga y descarga de las mismas, los tipos de flujos subterráneos existentes y la estimación de los diferentes volúmenes a drenar (almacenados en zonas saturadas, de renovación anual y totales).

En el caso de que se disponga de información suficiente, se puede realizar un modelo numérico de flujo, que se calibra en régimen permanente (permeabilidades) y en régimen transitorio (coeficientes de almacenamiento) con los datos obtenidos en los ensayos de bombeo y en las pruebas de drenaje realizadas, con el que se simulan una sede de alternativas de drenaje.

El resultado final de este estudio consiste en la elección del sistema de drenaje más adecuado, con la estimación y ubicación del número de pozos y obras de drenaje subterráneo necesario, y el diseño de sus características constructivas y de instalación de bombeo. Asimismo, debe incluirse un estudio de costes de evacuación de las aguas subterráneas, tanto de realización de los pozos (perforación, entubación y preparación), como de instalación y explotación (mantenimiento, conservación y administración, energía y potencia utilizada y totales de explotación).

6.4. Estudio de evaluación de escorrentías superficiales y de aguas caídas sobre la corta y determinación de las necesidades de drenaje de escorrentías superficiales

Tanto para determinar la capacidad de bombeo necesaria, como para las dimensiones de los canales protectores, debe partirse de los siguientes grupos de factores que inciden en el drenaje y desagüe:

Factores directos. •

Topografía y morfología de las cuencas vertientes.

•

Temperatura, estado de la superficie y grado de permeabilidad.

•

La intensidad y la distribución espacial y temporal de las precipitaciones.

Factores indirectos •

Físicos: índice de pendiente, de compacidad y perfil longitudinal.

•

Geomorfológicos: red de drenaje y densidad, permeabilidad de los estratos.

•

Geológicos: características generales.

•

Tipos de cubierta del terreno.

Los caudales máximos que sirven para el diseño de los canales perimetrales se pueden determinar según diversos métodos: •

Métodos directos.

•

Métodos estadísticos.

•

Métodos empíricos.

•

Métodos hidrológicos y correlación hidrológica.

Dado que en la mayoría de los lugares de nuevas explotaciones mineras el número de datos de precipitaciones utilizable es relativamente escaso, no parece razonable extrapolar a tiempos de recurrencia superiores a 100 años; y en cualquier caso, no debería pasarse de tiempos de dos a tres veces la extensión media de las series utilizadas, que para ser representativas deben tener un mínimo del orden de 25 años. Veamos algunos de los tiempos de recurrencia más comunes. Grandes presas

Superiores a 500 años.

Vías de comunicación

25 a 100 años.

Drenajes y saneamientos

5 a 25 años.

Paralelamente al estudio hidrogeológico o de drenaje de las escorrentías subterráneas, debe realizarse un estudio de evaluación de aguas superficiales y de aguas caídas sobre la corta, que incluye un estudio de máximas avenidas (pluviométrica, definición de avenida, ley de precipitaciones - tiempo, tiempo de concentración, coeficientes de escorrentía, características de las cuencas vertientes y cálculo de hidrogramas), así como un estudio y diseño de diferentes alternativas (elementos de desagüe, canales perimetrales, volúmenes de agua, superficies a expropiar, construcción de drenajes, etc.) y otro comparativo de las diferentes alternativas

planteadas (con discusión y análisis de sus ventajas e inconvenientes). Como en el caso de las aguas subterráneas, este estudio debe incluir la selección de la alternativa más conveniente, con su diseño constructivo y de costes de construcción, instalación y explotación.

7. SISTEMAS O TÉCNICAS DE DESAGÜE Es importante remarcar el hecho de que para poder diseñar un sistema de drenaje adecuado y eficaz, debe disponerse de una investigación previa climatológica, hidrológica, geológica e hidrogeológica, que aporte la información necesaria sobre las características del terreno a drenar, así como sobre los volúmenes de agua que se prevé extraer y su distribución espacial y temporal. Este es un aspecto de gran importancia, cuyo incumplimiento suele ser la causa de que muchos sistemas de drenaje resulten ineficaces o insuficientes.

En lo referente a las medidas concretas de drenaje, como ya se indicó en apartados anteriores, en una explotación minera deben reunir las siguientes características: •

Ser anticipativas, en el tiempo y en el espacio, al inicio de las propias actividades de explotación minera (varios años antes de iniciar las labores mineras).

•

Mantenerse en el tiempo durante todo el plazo de explotación de la mina (20 o 25 años en muchos casos) e incluso, en alguna de sus fases, durante la etapa de abandono o cierre de la misma.

•

Deben ser de un alcance espacial considerable, por lo que influyen, importantemente, en el balance hídrico del área de afección y en su funcionamiento hidrogeológico (con posibles afecciones regionales al funcionamiento de manantiales, ríos, niveles freáticos, etc.).

Las medidas de drenaje en las explotaciones mineras suelen ser básicamente de dos tipos: superficiales y profundos. Se aplican de manera combinada y en función de las necesidades concretas de cada caso, por lo que no puede hablarse de dos tipos separados o independientes. La selección del Sistema de drenaje depende de los siguientes factores: •

Geología e hidrogeología del área de explotación.

•

Objetivos del desagüe. Su aprovechamiento

•

Método minero de explotación y su secuencia.

•

Estudios de los costes.

Según la localización del sistema de desagüe, exterior o dentro de la explotación, y el modo de actuación, podemos clasificarlos de la siguiente forma:

ACTUACIÓN

LOCALIZACIÓN EXTERIOR

PREVENTIVA

- Desvíos de cauces. - Canales de guarda.

PASIVA ACTIVA

INTERIOR - Cunetas de banco.

- Bombas de fondo. - Sondeos desde superficie. - Pozos y galerías - Zanjas de coronación.

- Sondeos en el interior. - Zanjas en fondo de mina. - Barrenos horizontales.

En cuanto a los modos de actuación, caben añadir las técnicas denominadas instantáneas y que, según Kapolyi consisten en una reducción parcial de la presión del agua en zonas muy localizadas de la explotación. El volumen de agua a drenar es considerablemente menor que con los métodos activos, y al mismo tiempo, el caudal a bombear no es tan intenso como en los sistemas pasivos. Los costes de los distintos sistemas de protección dependen fundamentalmente del factor de infiltración, y por lo tanto, existe una situación óptima para la aplicación de cada uno de los sistemas.

7.1. Sistemas exteriores a la explotación De entre los sistemas a construir de forma periférica a la explotación, de forma que son diseñados y construidos para tener una vida útil larga y duradera, merecen destacarse tres sistemas: •

Desvío de cauces

•

Perforación de pozos de bombeo exteriores

•

Excavación de galerías de drenaje

7.1.1. Desvío de cauces Una de las primeras medidas a adoptar consiste en el desvío de los cauces que transcurren próximos o sobre el área de la explotación y en la canalización de las aguas de escorrentía hasta su vertido en puntos alejados de la mina. Algunos ejemplos españoles son los de Aznalcollar, Puertollano, Almadén, etc. Cuando existen ríos, lagos y pantanos en el área que pueden ser causa o al menos contribuir a la formación de aguas subterráneas, este término se comprobará mediante la adición de elementos traza químicos o colorantes en los previsibles puntos de origen y posterior contraste con las concentraciones de las aguas colectadas en los sondeos de bombeo o interior de la mina.

Presa minera de captación de arroyos

Generalmente, las obras de desvío y canalización de los cauces principales están constituidas por trincheras, zanjas o canales abiertos en superficie, estando revestidos o no según las condiciones de circulación. Cuando la topografía no permite este tipo de construcciones puede adoptarse la solución de túneles o galerías de drenaje, aunque, dado su alto coste y tiempo de realización, no son tan frecuentes al menos en las explotaciones pequeñas o medianas, pero si en las mayores.

Cuando no es posible una canalización por gravedad puede recurrirse al bombeo de las aguas desde presas o zonas de embalse hasta los canales perimetrales, o bien a los antiguos huecos de otras explotaciones.

Nº

Descripción

3 m de altura

1

Capacidad del aliviadero

25 años / 24 h. de precipitación

100 años / 24 h. de precipitación

2

Taludes de construcción

2:1 Max 5:1 Min Combin ado

2:1 Max 5:1 Min 1.5 F.S.

3

Drenes

No requiere

Requiere

4

Altura del aliviadero principal al de emergencia

30 cm mínimo

5

Altura desde la coronación hasta la superficie del aliviadero

30 cm mínimo

6

Anchura de la coronación de la presa

7

Realce adicional (m)

8

Capacidad de almacenamiento de sedimentos

9

Equipo de desagüe

10

Altura de la presa

(H + 10) /5 .05 H 0.1 Ha m /Ha afectada, o 3 años de sedimentos acumulados Mantenimiento del nivel de sedimentos Medida desde el tacón de la presa hasta la coronación

7.1.2. Perforación de pozos de bombeo exteriores Esta solución es viable cuando la permeabilidad es suficientemente alta y se basa en la perforación, alrededor del perímetro de la explotación, de una serie de pozos con una profundidad ligeramente superior a la de la explotación, para mantener el nivel freático por debajo del fondo de la explotación.

Las principales ventajas radican en que el nivel freático sufre un rebajamiento o retroceso por detrás de los taludes y pisos de explotación, reduciendo los problemas de estabilidad, agua en los barrenos de la voladura, etc., y que además ni los pozos ni la infraestructura de conducción de aguas bombeadas interfieren en las labores de explotación. Al contrario de los pozos de bombeo que se perforan interiores a la explotación, éstos son permanentes y nunca se mueven de posición, no estando sometidos tampoco a los posibles daños derivados de las voladuras o del tráfico del transporte.

Las profundidades alcanzadas por los sondeos de drenaje oscilan entre los 150 y 200 m, con diámetros que oscilan entre los 200 y los 800 mm, dependiendo de los caudales, características de las bombas, necesidad de filtros, etc., correspondiendo el menor diámetro a los casos más favorables y el mayor a los más desfavorables.

Según las características resistentes del macizo rocoso, los sondeos o pozos se abrirán con equipos convencionales de perforación rotativa en roca, o bien con equipos especiales en los terrenos poco consolidados. Asimismo, y en función de los materiales y condiciones geológicas, los pozos serán entubados y estarán provistos de rejillas y filtros de gravilla y arena.

Entre las principales ventajas de esta solución están: •

El nivel freático sufre un rebajamiento o retroceso por detrás de los taludes y pisos de explotación, reduciendo los problemas de estabilidad, agua en los barrenos de la voladura, etc.

•

No interfieren a las labores de explotación como sucede con los pozos de bombeo interiores.

•

Son permanentes y nunca se mueven de posición.

•

No están sometidos a los posibles daños derivados de las voladuras o del tráfico del transporte.

•

Su mayor coste de instalación en terrenos poco consolidados será frecuentemente compensado por los mayores caudales de bombeo y mayores radios de influencia del nivel freático deprimido.

El mayor coste de instalación de los sondeos en los terrenos poco consolidados es frecuentemente compensado por los mayores caudales de bombeo y mayores radios de influencia del nivel freático deprimido.

Una vez determinados aquellos parámetros hidrológicos característicos de los acuíferos como la transmisividad y el coeficiente de almacenamiento, se procede a definir. •

El número de pozos o sondeos que han de ponerse en explotación.

•

Las depresiones que se conseguirán en los pozos de bombeo, y

•

Los tipos de bombas y tuberías y las profundidades de instalación.

El rendimiento de cada pozo se evalúa periódicamente y se estima en el futuro mediante una extrapolación logarítmica. Esta vigilancia continuada es necesaria debido a que el rendimiento de los pozos varía radicalmente con su situación y frecuentemente con el tiempo. 7.1.3 Galerías de drenaje Se trata de un sistema muy efectivo, pero de gran coste económico. Su utilización es viable tanto para el drenaje de cortas como para el caso de taludes de gran altura y en situaciones realmente criticas y problemáticas, en donde no funcionan otros tipos de sistemas de drenaje. Es una técnica poco frecuente en pequeñas minas, pero normal en aquellas explotaciones que tuvieron anteriormente minas de interior de las que se aprovechan las cámaras, galerías y trasversales para drenar la mina a cielo abierto posterior,.

Consiste en la apertura de labores de avance en galería en el interior del macizo que se desea drenar, normalmente con disposición paralela al talud, por debajo de la posible superficie de la explotación y a bastante distancia de la superficie del mismo. Normalmente, se suelen practicar una serie de barrenos en abanico en la corona de las galerías con objeto de cortar los posibles niveles impermeables o acceder a las zonas de mayor permeabilidad.

Sus principales ventajas radican en: •

Gran capacidad drenante: su gran sección transversal permite una favorable conexión hidráulica con el medio saturado a drenar.

•

Son apropiadas para actuaciones diseñadas a largo plazo: el drenaje se produce por gravedad y sin necesidad de impulsión mecánica.

•

Menores servidumbres por desgaste y por labores de mantenimiento y reposición de componentes y equipos.

•

No interfieren las operaciones mineras en superficie, al estar construidas a gran profundidad y con bocas de entradas laterales.

•

La particularidad de su emplazamiento profundo hace que también presenten ventajas respecto a otros sistemas de drenaje en explotaciones mineras ubicadas en zonas de climatologías muy extremas.

•

Suelen ser muy eficaces en materiales con mayor permeabilidad en sentido vertical que en horizontal, como es el caso de los macizos rocosos con predominancia de diaclasado vertical.

•

Suelen ser igualmente muy efectivas si se construyen por debajo de superficies de inestabilidad y se complementan con la instalación de taladros desde la galería y hacia la dirección de la posible superficie de deslizamiento.

Por el contrario, también presenta algunos inconvenientes, entre los que podemos destacar: •

Menor eficacia en formaciones con permeabilidad horizontal superior a la vertical, requiriéndose la perforación de drenes verticales que faciliten y aumenten el drenaje vertical.

•

Menor eficacia en formaciones heterogéneas y con frecuentes variaciones espaciales de permeabilidades, así como en macizos rocosos con una gran separación entre las discontinuidades. En estos casos, deben instalarse también drenajes complementarios, cuyas direcciones deben ser lo más perpendiculares posibles a las de las discontinuidades existentes.

•

Especial atención se debe prestar para que la sustitución del agua por aire no produzca una oxidación de los sulfuros que dificultarían la flotación de los metales como ocurrió en Bougainville (Papua Nueva Guinea)

Un buen ejemplo de este método se tiene en la mina canadiense de Jeffrey en la que se extraen asbestos en una explotación a cielo abierto a una profundidad de 300 m. En esta mina, eran frecuentes grandes desplazamientos de roca por efecto de la presencia de agua, tras diversos intentos de drenaje se llegó a esta última solución, evitándose los grandes problemas geotécnicos desde 1971.

En aquellas explotaciones donde tradicionalmente se han venido explotando por interior, es frecuente emplear estas antiguas labores para la evacuación de las aguas que inevitablemente irrumpen en la corta durante perforados lluviosos o proceden de los sistemas de drenaje. Ejemplos de este sistema tenemos, en Río Tinto, Reocín, Puertollano, Tharsis.

7.2. Métodos interiores a la explotación Los sistemas de desagüe interiores se implantan cuando tanto las aguas de escorrentía superficial como las aguas subterráneas, no pueden ser interceptadas y controlables eficientemente por los sistemas exteriores, o cuando es necesario dirigir las aguas fuera de la explotación. Los tipos de desagüe interior más comunes son: •

Inclinación de las bermas y el fondo de corta.

•

Construcción de sistemas de zanjas y cunetas

•

Construcción de zanjas con relleno drenante

•

Construcción de balsas y pozos colectores

•

Perforación de sondeos horizontales

•

Perforación de pozos interiores de bombeo

•

Inundaciones locales

•

Sondeos superficiales

7.2.1. Inclinación de las bermas y fondo de corta. En aquellas minas de montaña o ladera con un desagüe natural, es frecuente dar al fondo de la explotación y a los pisos de las bermas una ligera pendiente del 1-2% para conducir el agua a unos lugares apropiados y evitar que permanezca en la explotación. También en los otros tipos de explotación el diseño de bermas y fondos con una ligera pendiente puede favorecer la recogida de aguas para acumularla en el último banco o fondo de corta durante el periodo de lluvias y servir posteriormente como almacén para las aguas de riego.

7.2.2. Construcción de zanjas y cunetas Como complemento y para canalizar las aguas y dirigirlas en una dirección específica, puede instalarse un sistema de zanjas y colectores. Las zanjas interiores abiertas en la parte interior de las bermas a modo de cunetas, deberán impermeabilizarse con el fin de evitar la infiltración y, por tanto, la recarga de los macizos.

7.2.3. Zanjas con relleno drenante En ocasiones las zanjas excavadas pueden rellenarse con materiales granulares drenantes y ser cubiertas para permitir la circulación de vehículos de transporte sobre ellas.

En las figuras adjuntas, se indica el procedimiento de colocación de una membrana porosa rodeando al material granular que sirve para evitar el cegamiento y la obturación de dichas zanjas por el material arrastrado por las aguas.

Existen dos tipos principales de zanjas con relleno drenante: •

Zanjas de talud: construidas siguiendo la línea de máxima pendiente del talud, son muy eficaces en los casos en los que se presentan estratos duros y blandos alternantes, de escaso espesor y dispuestos de forma paralela al talud.

•

Zanjas horizontales: construidas paralelas al talud y al pie del mismo. Suelen ser muy eficaces en el caso de estratos horizontales y de diferente permeabilidad, siempre y cuando las zanjas alcancen un estrato permeable.

Con

frecuencia

suele

utilizarse

los

denominados drenes de cola de pescado, que consisten en la combinación de zanjas drenantes construidas según la línea de máxima pendiente y zanjas secundadas (en forma de espinas), emplazadas ligeramente inclinadas y convergentes en una espina central.

7.2.4. Balsas o pozos colectores Teniendo en cuenta que las aguas de escorrentía arrastran materiales y, muy especialmente barro procedente de la mezcla con agua del polvo producido en la

explotación, se deben prever la recogida de todas las aguas que circulan en las superficies en unas balsas colectoras excavadas en distintos niveles de la explotación. Sus dimensiones dependerán de la capacidad deseada y tamaño del equipo de bombeo. Es práctica común en muchas minas aprovechar la apertura de un nuevo banco, por debajo del último en operación, como balsa o foso colector.

En lo que respecta al equipo de bombeo, se tiene la precaución de situarlo sobre la parte más profunda con el fin de evitar, en lo posible, el bombeo de los lodos y materiales de suspensión. Los equipos de bombeo más empleados son las bombas sumergibles y las centrífugas. Estas últimas se montan sobre plataformas flotantes, o en una balsa en la orilla. Las tuberías suelen ser flexibles o mangueras de acoplamientos rápidos, pues la mayoría de las instalaciones tienen un carácter temporal.

En explotaciones profundas, el desagüe precisa de varias etapas de bombeo por lo que a distintas cotas se construyen estaciones intermedias.

Cuando el agua lleva partículas y lodos en suspensión o presenta cierto grado de acidez, se dispone de balsas de decantación

en

las

que

mediante

floculantes y neutralizadores se procede a la depuración de las aguas para su posterior vertido o cauces públicos o utilización industrial de la propia mina.

En la figura adjunta se representa un pozo colector con Culvert y bomba sumergible, acondicionado para época invernal con clima extremadamente riguroso.

*

7.2.5. Perforación de sondeos horizontales El

método

de

los

barrenos

horizontales

es

ampliamente utilizado en minería a cielo abierto de rocas sedimentarias como el carbón. Aunque se le aplique el calificativo de horizontales, lo usual es que tengan de 2 a 5° de inclinación en dirección a la boca, con el fin de facilitar la descarga del agua por gravedad. Los diámetros más frecuentes oscilan entre los 6 y 15 cm, llegando en ocasiones a ser muy superiores.

Es un sistema flexible, adaptable en función de las litologías y estructuras encontradas. Los barrenos perforados en rocas blandas y fracturadas suelen revestirse con tubería ranurada de PVC o metálicas. En los últimos metros, conviene que la tubería no presente dichas ranuras con el fin de canalizar el agua hasta un sistema colector situado a pie de banco que evite la recarga del talud.

Tanto la profundidad como el espaciamiento de los barrenos dependen de las condiciones geológicas e hidrogeológicas de la zona. Como normas generales puede decirse que para horizontes o capas freáticas de 30-60 m. de altura, los barrenos practicados en el pie del talud tienen una profundidad equivalente a la altura del talud y el espaciamiento varia de 6 a 15 m. Para niveles freáticos con una altura superior a los 60 m, además de la fila de barrenos a pie del banco, se perforará otra serie a unos 30 m.

Este sistema presenta las siguientes ventajas: •

Facilidad, sencillez y rapidez de instalación si se dispone de perforadoras adecuadas.

•

Son fijos y sin ninguna parte móvil.

•

Produce el drenaje por gravedad y no requiere energía.

•

Es un sistema flexible y fácil de adaptación a las condiciones geológicas que vayan apareciendo.

•

Tiene una gran duración y es más barato que otros sistemas.

•

Requieren escaso mantenimiento.

Los principales inconvenientes son: •

Presentan un área de influencia y de efectividad relativamente limitada y, en cualquier caso, siempre menor que la de otros sistemas de drenaje profundo.

•

Su perforación debe ser posterior a la de la construcción del talud, por lo que no pueden aplicarse con carácter anticipativo en el espacio y en el tiempo a la finalización de los taludes.

•

La intensidad de drenaje es limitada.

•

Son escasamente eficaces en taludes de gran altura, resultando totalmente antieconómicos en taludes con alturas superiores a los 100 m, en cuyos casos deben instalarse desde bermas intermedias y en combinación con otros métodos de drenaje profundo.

7.2.6. Pozos o sondeos de bombeo Estos pozos son similares a los descritos en el epígrafe de desagüe exterior, con la única diferencia de su localización dentro de los límites de explotación. Se perforan desde la superficie superior del talud o desde el mismo talud y extraen el agua mediante bombeo con bombas sumergibles emplazadas en la parte inferior de los pozos y consiguen el rebajamiento del nivel freático en las proximidades del talud. Esquema de bombas de sondeo

Este método reduce las profundidades de los pozos y consiguientemente las alturas de elevación así como los costes de instalación y energía. Por el contrario, las desventajas que presenta son que el nivel freático no puede ser deprimido con intensidad por detrás de los taludes existentes. Las bombas y tuberías están expuestas a posibles daños originados por los equipos de operación y proyecciones de las voladuras, y su instalación pueden interferir a las operaciones mineras obligando a cambiar frecuentemente su ubicación, además de lo señalado, presenta como principales ventajas las siguientes: •

Puede instalarse con anterioridad a la construcción del talud y garantiza su seguridad durante toda la fase constructiva.

•

Pueden utilizarse como pozos de drenaje verticales los mismos sondeos de investigación que se hayan construido en la zona, siempre y cuando dispongan del diámetro de entubación suficiente.

•

Su área o zona de influencia y efectividad es mucho más amplia que la que se consigue con los drenes horizontales, pudiendo conseguirse con dicho sistema, y en el caso de terrenos con permeabilidades altas, el drenaje completo del talud en cuestión.

Otros inconvenientes del sistema son: •

Presentan una longitud y unos diámetros constructivos importantes (entre 100 y 300 m, y entre 300 y 500 mm, respectivamente)

•

Requieren el adecuado mantenimiento continuado.

•

Sus características constructivas, sus equipos de bombeo y el consumo de energía que necesita para la extracción del agua, hace que su coste de instalación y de utilización sea mucho mayor que el de los drenes horizontales.

7.2.7. Inundaciones locales Las aguas que producen inundaciones locales encharcando los fondos de corta y pistas de acceso son origen de numerosos problemas en los cables de alimentación, motores eléctricos de los volquetes, abrasión en neumáticos y trenes de rodaje, etc.

En estas circunstancias, debe disponerse de bombas portátiles accionadas por un motor de gasolina o diesel y tuberías flexibles para bombear esos pequeños volúmenes de agua hasta las zanjas o balsas colectoras. La principal ventaja de estos equipos es que son portátiles y pueden instalarse y poner en operación rápidamente.

7.2.8. Sondeos superficiales Estos sondeos son normalmente utilizados para facilitar la perforación y voladura de una zona o el drenaje de un banco o área puntual que va a ser excavado. Estos pozos se realizan con los propios equipos empleados en la perforación de las voladuras y suelen tener unas profundidades equivalentes a uno o dos bancos. Dado que su vida esta limitada por el tiempo que dura la voladuras o la excavación de la zona, no es frecuente su entubación.

En

la

figura

adjunta

se

representa el esquema de un

Agua sucia de mina

equipo de bombeo destinado al desagüe de los barrenos de voladura.

Es

una

autopropulsada,

Bombeo a superficie (Bombas especiales de sólidos)

Clarificación previa

unidad

totalmente

Lodos de baja densidad (< 10% sol. Peso)

Agua limpia

hidráulica y automatizada.

Agua sucia de mina (