Relleno Hidraulico y Detritico

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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERIA I NGENIERIA DE MINAS

“RELLENO HIDRAULICO Y RELLENO DETRICO”

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 ASESOR: Ing. DARWIN LOAYZA LOAYZA

ESTUDIANTES:         

AVELINO ACOSTA VENEGAS ANGÉLICA NATALIA HUAMANÍ PUMA KAREN MELANY POCCO CHOCLLO KATHERINE ESTELA M. SOTO ENSLIN VERA WARTHON RAÚL ARROYO CASTAÑEDA JOSÉ LUIS CUELLAR GONZALES LINDBERGH ORDOÑEZ MOREANO JUAN CARLOS TTICA OVALLE

UNAMBA DICIEMBRE-2013

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INTRODUCCION

El relleno de los tajos tiene la función de recuperar la estabilidad perdida del macizo rocoso, como producto de la extracción del mineral valioso. De tal manera se mantiene una estabilidad adecuada que permita continuar con la explotación. En el presente trabajo se describirá los principales tipos de rellenados de tajos así como los componentes que conforman dicho relleno. La elección del tipo de relleno se ve orientada a la utilización de los materiales que salen de mina provenientes de zonas de acceso (desmonte) y al aprovechamiento de los relaves, producto de los procesos metalúrgicos, disminuyendo de esta manera el impacto ambiental generado, así como dar velocidad al ciclo de minado, minimizar los accidentes por exposición en zonas de aberturas y estallido de rocas, reducir costos en la explotación buscando un adecuado sistema de relleno.

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I. RELLENO DETRITICO El relleno Se define como material que sustituye al mineral arrancado en los métodos de explotación, principalmente en los métodos Corte y Relleno El relleno es un material que está constituido por una variada granulometría, podemos encontrar partículas de varios centímetros de diámetro hasta los micrones Los materiales deben de ser de fácil adquisición (costo, disponibilidad y cercanía) Es un relleno convencional cuyo material procede de la desagregación de los cuerpos baja ley o estériles (frentes, labores pobres, etc.).

1.1 Características: Es netamente ascendente. Su preparación requiere a veces el uso de taladros y explosivos, aunque puede ser con la ayuda de rastrillos, palas mecánicas, tractores, entre otros. Su transporte requiere wastepass, carros mineros, palas, tolvas, equipos de bajo perfil, entre otros. En la labor a rellenar se requiere de rastrillo/winche, palas manuales, etc. Para extender la carga y empaquetar convenientemente las cajas y evitar los espacios vacíos, muy comunes en este tipo de rellenado, que permite los SERVICIOS AUXILIARES MINEROS

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movimientos de las cajas col so siguientes riesgos de derrumbes. Características que debe reunir el material para relleno detrítico: * No debe adherirse a los dispositivos de transporte (control del grado de humedad). * La producción de polvo no debe afectar al ambiente de trabajo (control de humedad). * Su granulometría debe ser tal que no permita los espacios o poros entre los trozos y facilite el “empaquetado” de las cajas. * Debe tener un peso específico tal que permita la compresión del material por su propio peso.

Obtención del relleno detrítico En interior mina: * De las cajas (Hueco de perro). * De tajeos antiguos rellenados. * De labores que se aperturan en material pobre o estéril. En Superficie: * Tajo abierto expreso para obtención de este material. * Escombros de Tajo abierto. * Material detrítico de faldas de cerros. * Gloryhole (hacia mina por chimenea de relleno). Coeficiente de compresibilidad El Coeficiente de compresibilidad del material detrítico. El mismo que en términos generales es 0.7. Este coeficiente es mayormente debido a la humedad granulometría, mineralogía, etc. Este valor 0.7 significa que en realidad, 1 m3 del material de relleno introducido a la labor, luego de asentarse por su propio peso, solo ocupara uh espacio de 0.7 m3 de dicho espacio inicial.

1.2. Usos: En método de explotación corte y relleno. * Convencional. * Mecanizado. Relleno de tajos vacíos como producto del empleo de métodos de explotación como:

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* Shrinkage. * Sub level stoping. * Cámaras y pilares.

1.3. Relleno de tajos: El relleno de los tajos tiene la primordial función de recuperar la estabilidad perdida del macizo rocoso, como producto de la extracción del mineral valioso. De tal manera manteniendo una estabilidad adecuada que permita continuar con la extracción. El relleno de tajos impide que la roca se hunda, manteniendo la estabilidad del estrato rocoso y permitiendo una extracción más completa del mineral. Tradicionalmente, el relleno se ha utilizado en operaciones de corte y relleno pero también se utiliza en los sistemas de subniveles y RCV. Por norma general, los mineros vuelcan los residuos de roca en tajos vacíos en lugar de llevarlos a la superficie. Así, por ejemplo, en las minas de corte y relleno la roca residual es distribuida por el tajo vacío con palas de carga o aplanadoras. En el sistema de relleno hidráulico  se utilizan relaves de la instalación de preparación mecánica de la mina que se distribuyen en el subsuelo a través de barrenos y tubos de plástico. Los relaves primero se desenlodan y sólo se utiliza la fracción gruesa para el relleno. El relleno es una mezcla de arena y agua, con aproximadamente un 65 % de materia sólida. Al mezclar el cemento en el último vertido, la superficie del relleno se endurece formando un lecho firme para los equipos de ruedas neumáticas. El relleno también se utiliza en los sistemas de subniveles y RCV, en donde se introduce roca machacada como complemento al relleno de arena. La roca machacada y cribada, obtenida de una cantera cercana, se envía al subsuelo a través de pozos especiales de relleno, donde es cargada en camiones y transportada al tajo, para ser volcada en pozos de relleno especiales. Los tajos primarios se rellenan con roca cementada que se obtiene vaporizando sobre el relleno una mezcla de polvo de cenizas y cemento antes de distribuirlo a los tajos. Este relleno se endurece formando un pilar artificial para explotar el tajo secundario. Por lo general, no es necesaria la mezcla de cemento cuando se rellenan los tajos secundarios, salvo en los últimos vertidos para obtener un suelo de desescombro firme.

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Secuencias del relleno del ala por rellenar: 1. Plastear al tapón. 2. Instalar el winche (2do winche – 2 para acelerar el ciclo, uno para mineral y otro para relleno). 3. Jalar el relleno- de 2 a 3 guardias. 4. Emparejado del relleno y colocación de protección (tendido de tablas a lo largo y ancho de la labor). 5. Protección en el rellenado para evitar la mezcla del relleno con el mineral (fragmentos finos).

Técnica de auto relleno en explotación mediante circado: Explotación mediante circado 1.4. Auto relleno Se utiliza en vetas angostas generalmente de 0.10m a 0.50m de potencia, en el método de explotación corte y relleno ascendente. El circado, extracción selectiva del mineral, reduciendo el costo de procesamiento. Consiste en realizar una primera perforación solo veta a fin de extraer el mineral y luego realizar una segunda perforación y voladura en la caja techo a fin de obtener relleno para el tajo y brindar un ancho de labor adecuado conservando de esta manera la accesibilidad y avance de minado. Caso: Cía. Minera Poderosa S.A. Ubicación: Caserío de Vijus, Distrito y Provincia de Pataz, Departamento de La Libertad

Elección del tamaño de block convencional Como se muestra en la siguiente imagen, potencia de veta es 0.3m y 0.7m de desmonte el cual servirá para rellenar, tener piso de perforación y altura adecuada para perforar, considerando ancho de labor 1m. Se puede observar el sostenimiento provisional colocado en tajo, puntales de madera caja a caja.

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II RELLENO HIDRAULICO Es el material solido (relave, arena, material detrítico seleccionados y menores de 2.5 mm promedio y cemento en determinados casos) El Relleno Hidráulico es una alternativa para rellenar los tajos explotados por el método de Corte y Relleno ascendente; esta alternativa empleada en el Perú desde mediados de la década de los años 60, se introdujo con la finalidad de incrementar la productividad, mas no con fines ecológicos. El Relleno Hidráulico, que es más eficiente que el Relleno Neumático, el Relleno Hidroneumático y el recientemente introducido Relleno en Pasta, fue el que en muchos casos reemplazó al Relleno Detrítico o Relleno Sólido transportado en carros mineros o en camiones, desde las canteras hasta los tajeos y a un costo mucho más elevado que los otros métodos de relleno que se efectúan transportando lossólidos en medios fluidos por tubería e impulsados por bombas. La cantidad de relleno hidráulico que se requiere para una operación dada esfunción de los siguientes factores:

1. Producción de mineral 2. Densidad del mineral 3. Densidad del relleno 4. Tiempo de operación desistema de relleno hidráulico 5. Eficiencia del sistema de relleno hidráulico Las propiedades estructurales que el relleno debe de tener son tan importantes como el tiempo en que se desarrollan. El relleno debe de desarrollar propiedades estructurales a corto plazo, este es, mientras dura el ciclo deminado. Estas propiedades son:

1. Resistencia al hundimiento.-  La superficie superior del relleno deberesistir las presiones que se le aplican, como son la pisada del hombre,la pata neumática de una perforadora, la llanta de un autocargardor, etc.Cuanto más pronto desarrolle esta resistencia, menor será el ciclo deminado. 2.Estabilidad del Techo en Tajeos Invertidos.-  En el método de explotaciónde corto y relleno invertido (llamado undurout and fill en Norteamérica) elrelleno es el techo del tajeo. Es requisito primordial para emplear estemétodo, al conocer la carga que ejercerá la masa de relleno, para saber la cantidad de relleno hidráulico que se requiere para una operación dada esfunción de los siguientes factores:     

Producción de mineral Densidad del mineral Densidad del relleno Tiempo de operación de sistema de relleno hidráulico Eficiencia del sistema de relleno hidráulico

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El relleno hidráulico tiene las siguientes aplicaciones: * Proveer una plataforma de trabajo. * Evitar el movimiento y caída de las rocas. * Facilitar la recuperación de pilares. * Evitar o minimizar la subsidencia. * Estabilizar el macizo rocoso en las minas, reduciendo la posibilidad de estallidos de roca. * Controlar y prevenir incendios en las minas.

2.1 Requisitos del relleno hidráulico: - El cemento se usa e proporciones 1:6 a 1:32, el agua en cantidades de 200lt/ton de relleno. - El material solido no debe reaccionar en ninguna forma con el agua. - El tamaño de las partículas debe ser tal que se puede transportar en tuberías; a mayor tamaño el desgaste de las tuberías aumenta, pero tampoco deben contener partículas finísimas (lama) considerando la velocidad de percolación o índice de permeabilidad. Se utiliza el relave desechado por la planta concentradora para ciclonear, a fin de pasar las arenillas del relave (superiores a la malla 200).

Empleo de Hidrociclon para la clasificación del relave: Funcionamiento del ciclón: La fuerza centrifuga proyecta estas partículas contra la paredes interiores del cilindro formando un remolino, descendiendo las partículas grandes ( 30 a 100 micras) sin dejar de girar hasta el fondo (Ápice) mientras que las más finas ( lama o menores de 15micras) son expulsadas hacia arriba (Vortex) por su menor densidad. * El material solido debe mezclarse fácilmente conel fluido en que se transporta, así como separarse de este. * El material de relleno no debe contener sales acidas que puedan corroer los tubos metálicos.

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2.2 Características: - La adopción de este sistema de relleno conlleva efectuar una evaluación técnica y económica respecto a cantidad, calidad, ventajas, desventajas, desplazamiento del as cajas por presiones hidrostáticas, resistencias, pérdidas de material fino, etc. - Este tipo de transporte es por gravedad o con el auxilio de bombas. - El transporte hidráulico por tuberías es económico, veloz y eficiente que cualquier otro medio. La diferencia de nivel entre la entrada y descarga permite transportas el relleno horizontalmente. - El relleno hidráulico, el que es lanzado por una bomba de lodo reciprocante, a fin de ser transportado mediante una tubería de alta presión de doble capa, con la pared interior de acero de alta aleación, templado a 600 brinell de dureza. La potencia de la bomba y el diámetro de la tubería son calculados en función de las condiciones y requerimientos que se presenten particularmente en cada mina; asimismo, los costos de inversión y de operación obedecerán a parámetros particulares de cada caso.

VENTAJAS DEL RELLENO HIDRÁULICO • Cuando se utiliza relave de una planta concentradora el costo de la obtención del material es cero, ya que la planta cubre los costos de reducción de tamaño del material. • Cuando se utiliza el material detrítico producto de las labores de preparación y desarrollo se contribuye a maximizar la vida útil de las desmonteras y asimismo se minimiza el impacto ambiental. • El transporte en tuberías es mucho más económico, eficiente y rápido que con otro tipo de transporte. • Al depositarse el relleno en el tajo en forma de pulpa tiende a buscar su nivel en forma natural, eliminando así la necesidad de utilizar recursos adicionales para esparcirlo manual o mecánicamente. • El relleno hidráulico por la granulometría del material que es de fácil control permite una alta resistencia al movimiento de las cajas. • El relleno hidráulico permite aumentar la eficiencia y productividad en los tajos debido a la disminución del consumo de madera y a la reducción del costo de minado por la versatilidad que brinda.

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DESVENTAJAS DEL RELLENO HIDRÁULICO • El sistema de relleno hidráulico requiere una alta inversión de capital, para lo cual es necesario tener un sustento financiero de aplicabilidad. • La introducción de agua en el relleno a la mina es un problema si el drenaje se realiza por bombeo. • Cuando se utiliza material con contenidos altos de pirita o pirrotita, al oxidarse estos sulfuros se produce una reacción exotérmica lo cual eleva la temperatura y produce anhídrido sulfuroso. • En el agua de drenaje del relleno siempre arrastra cierta cantidad de finos los cuales se depositan en los niveles inferiores de las labores rellenadas.

2.3. Propiedades Físicas Y Mecánicas Del Relleno Hidráulico 2.3.1. Propiedades Físicas 1) POROSIDAD ( n) Es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen total del material. Si la porosidad se expresa en porcentaje (%), se denomina porcentaje de vacíos. n= Vv*Vt

Fig. Fases solidas, liquidas y gaseosas en el material de relleno. Donde: Ma= masa de aire Mw=masa de agua Ms= masa de solidos Va= volumen de aire Vw= volumen de agua

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Vs= volumen de solidos Vv= volumen de vacios Vt= volumen total 2) Relación de vacios (e): Esta dado por la siguiente expresión

   

Donde los valores de e, para los rellenos hidráulicos por lo general varían entre los valores que se muestran en la tabla siguiente:



1. Relación de vacíos máximos(  ) Se expresa mediante la siguiente relación:

   

Donde:

2.

=Gravedad especifica de los sólidos(TM/m3) =Densidad mínima (TM/m3) Relación de vacíos mínima ( ) Se calcula con la siguiente ecuación:  )       (

Donde:  =Densidad máxima (TM/m3) w =Porcentaje de humedad con la que se determina la



RELLENO  Arenoso  Areno-arcilloso  Arcillosos

densidad máxima.

S 0.6-0.9 0.8-1.6 1.5-2.5

3) Cohesión (c) Es la atracción existente entre las partículas de un suelo, originada por las fuerzas moleculares y las películas de agua. La cohesión de un relleno variará si cambia su contenido de humedad, en las arenas la cohesión es prácticamente nula. 4) Fricción Interna (Φ)

Es la resistencia al deslizamiento debido a la fricción que hay entre las superficies de contacto de las partículas. Depende de la granulometría del material, de la forma de las partículas y de su densidad. En caso del material fino, se tendrá una fricción interna baja. En caso de arenas el ángulo de fricción interno es alrededor de 30°.

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MATERIAL  Arenas y gravas  Arenas medias  Arenas finas  Arenas limosas (muy finas)

CONDICION SUELTA 33°-36° 30°-33° 26°-30° 25°-30°

CONDICION DENSA 45°-47° 40°-45° 32°-38° 30°-35°

Fricción interna de diversos materiales 5) Velocidad de percolación (V.P.) Es una medida de la velocidad con el que el agua pasa a través del material de relleno. Teóricamente se puede calcular con la siguiente expresión:

  ( ) Donde:  Se expresa en micrones ( m)  = se expresa en cm/h

Estadísticamente se ha comprobado que una V.P.= 10cm/h es la más adecuada para un relleno hidráulico. Un relleno con una V.P. menor a 3cm/h demoraría mucho tiempo para eliminar agua y por lo tanto tardará en permitir el reingreso del personal al tajo. Por otro lado un relleno con una V.P. mayor a 20cm/h puede causar el fenómeno “embudo”, además de permitir la pérdida de una cantidad considerable de relleno hacia las galerías.

6) Velocidad de Sedimentación (Prueba del Slump) Para esta prueba se utilizó un cono de base menor igual a 10cm, base mayor igual a 20 cm y una altura igual a 30cm.

Fig. Prueba de Slump para relleno hidráulico.

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La prueba del Slump consiste en depositar la pulpa dentro de un cono, luego se retira el cono de metal y se mide el cono formado por el material en el momento que se descarga el relleno; la altura de este cono debe ser de 1” para que se puedan depositar y acomodar en el tajeo.

7) Análisis granulométrico Determina la distribución del tamaño de las partículas o granos que constituyen un material. Esta distribución se analiza en base a su porcentaje de su peso total.La fracción muy gruesa consiste de fragmentos de rocas compuestas de unoo más minerales, pudiendo estas ser angulares, redondeados o planos.Pueden ser frescos o mostrar signos de alteración, resistentes o deleznables. Esta fracción recibe el nombre genérico de grava.En las fracciones finas y muy f inas, cada grado está constituido de un solo mineral. Las partículas pueden tener formas angulares, tubulares o escamas, pero nunca redondeadas.A continuación se presenta los rangos de tamaño en que varían laspartículas:



8) DiámetroEfectivo (  ) Es el tamño de las partículas que corresponden al 10% del producto más fino. 9)Coeficiente de Uniformidad(Cu) Se define como la razón del diámetro de partícula mas grande que se encuentra en el 60% de fracción acumulativa (-) del material, al diámetro dela partícula de mayor tamaño presente en el 10% de la fracción acumulativa(-) del material2. Se calcula dividiendo el  entre el  del material.





2.3.2. Comportamiento Mecánico del relleno Para observar el comportamiento mecánico del relleno se deberá considerar los siguientes parámetros: a) Densidad relativa (Dr): Expresa el estado de compactación de relleno arenoso y está definida por la siguiente ecuación:

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Tambien se puede expresar en función de densidades:

Donde: = relación de vacíos del relleno en su estado más suelto, estable. = relación de vacíos en el estado más denso que puede obtenerse en laboratorio. = relación de vacíos. = densidad del relleno.  = densidad máxima.  = densidad mínima.

   

La densidad relativa del relleno está en función de tres factores principales: forma de los granos, granulometría y la manera de depositarse.

a. Los rellenos constituidos por partículas con formas angulares tienden a tener una densidad relativa baja y son susceptibles a un fuerte reordenamiento y reducción de volumen. b. La granulometría es el factor de mayor influencia de tal manera que se reduzca los vacíos al mínimo. c. La deposición del relleno en un solo punto permite que a cierta distancia las partículas sólidas se sedimenten en un ambiente calmo y sin perturbación. Una manera de esta sedimentación permite que los granos se ac omoden en forma de arcos o bóvedas naturales, los cuales ante una presión o vibración tienden a reordenarse y ocupan más eficientemente los espacios. Para impedir la formación de bóvedas se recomienda depositar el relleno en varios puntos del tajo y evitar así la sedimentación imperturbada. Si bien una alta densidad relativa es conveniente para el propósito de contrarrestar el movimiento de las cajas, ésta se logra a expensas de algunas propiedades dependientes:

1. El volumen del tajo rellenado con una tonelada de relleno disminuye. 2. Si aumenta la densidad relativa disminuye la percolación, ya que disminuye el área de los conductos por donde percola el agua. 3. La cantidad de agentes cementantes (cuando se usan), es menor, pues con un contacto más íntimo entre la partículas se requerirá menor cemento para adherir una con otra. La mejora de ciertas propiedades puede implicar otras, por lo que existe una densidad relativa óptima con la cual se obtiene una combinación óptima de propiedades.

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b) Efecto del Agua en el Relleno Hidráulico El agua puede presentarse en el relleno hidráulico en dos formas: a. En forma de partículas alrededor de los granos. b. Ocupando parte o todos los vacíos entre los granos del material. Si los vacíos están completamente llenos con agua, el relleno está saturado y la mezcla se dice que es continua, si los vacíos están parcialmente llenos, la mezcla es discontinua formando cuñas de agua entre los granos adyacentes y películas de mezcla alrededor de ellas y probablemente desarrollen superficies capilares. Estas superficies pueden ser engañosas ya que las tensiones capilares tienden a consolidar la superficie del relleno, haciendo que el relleno parezca más firme de lo que es en profundidad.

c) Consolidación Es el cambio de volumen de una carga constante a medida que transcurre el tiempo. Se diferencia de la compresión, en que en ésta hay un cambio de volumen debido a un incremento de carga. El relleno tiende a consolidarse bajo cargas estáticas, tales como las que ocurren cuando el tajeo tiende a cerrarse. Esta consolidación inicial puede ser muy grande en rellenos sueltos, mientras que en rellenos densos tienen menor tendencia a consolidarse bajo cargas estáticas. Después de una consolidación inicial ocurre una consolidación secundaria más lenta tanto en rellenos sueltos como en densos. d) Compactación Es la densificación artificial de los suelos. Los materiales cohesivos se compactan mejor bajo cargas dinámicas. La eficiente compactación de estos materiales a su máxima densidad está en muchos casos, en relación al contenido de agua del material. La cantidad de agua presente debe ser suficiente como para lubricar las partículas; un exceso de agua llenará los vacíos y creará tensiones neutras positivas en el suelo, reduciendo así su densificación. En materiales no cohesivos, como muchos rellenos, no se llega generalmente a su máxima densidad mediante la aplicación de cargas estáticas o dinámicas, siendo necesario el uso de vibradores. e) Cementación La cementación de los rellenos hidráulicos puede tomar muchos años, dependiendo principalmente de la composición química del relleno. Los rellenos provenientes de relaves pobres en sulfuros muestran un grado de cementación baja. En realidad la cementación ocurre en estos rellenos, e n un periodo corto de tiempo, pero las altas temperaturas debido a las oxidaciones son una desventaja para la cementación.

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f) Compresibilidad Los rellenos hidráulicos son los menos compresibles de todos los rellenos usados como soporte en minería subterránea. Rara vez se comprimen más del 20%, variando generalmente entre 5% y 10%. La resistencia del relleno no se desarrolla hasta que el contenido de agua ha sido reducido de un semifluido a una condición consolidada. TABLA. Compresibilidad de material de relleno.

MATERIALES CONFINADO IMPEDIDO A MOVERSE LATERALMENTE  Arenisca rota  Arenisca rota y arena Cenizas de carbón secas Cenizas de carbón húmedas  Arena seca  Arena húmeda

CARGA Y COMPRESION  AL FINAL DEL ENSAYO

TONELADA NETAS POR m3 PARA PRODUCIR UNA COMPRESION DE:

   %    3

   %    5

   %    0    1

   %    0    2

   %    0    3

     ™      A      G      R      A      C

35.8 59.7

143.4 501.6

37.7 62.1

262.9 3320.7 .

666

33

10.8 20

57.3

666

51

116.3

1061.3 666

   E   )    R   %    (    P    N    M     Ó    O    I    C   S

269.1

. . . 59.2 236.8 666 32.3 56.7 358.4 1388.5 5371.2 666 423 712.2 1870 5978.3 . 666

35

51 32.2 20.75

TABLA. Características de rellenos arenosos y arcillosos.  ARCILLAS Relación de vacíos

Baja

Cohesión Fricción interna Compresibilidad Permeabilidad

Baja Alta Ligera Variable

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ARCILLAS ARCILLAS Alta  Acentuada función de la humedad Baja Alta, función del tiempo Impermeable

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2.3.3. Requerimiento Y Disponibilidad De Relleno Hidráulico El requerimiento de relleno hidráulico de una Veta estará en función de: 1. Su programa de producción. 2. La disponibilidad de agregados para el relleno. 3. Necesidad de agua para el relleno hidráulico. 2. Disponibilidad de Agregados para el Relleno Los agregados para el relleno están formados por 50% de arena y 50% de desmonte proveniente de los avances de interior mina.

2.3.4. Estudios Para La Ubicación De La Planta De Relleno En esta alternativa se ha se ha definido la distribución de tamaños de partículas necesarias para el transporte de la pulpa por gravedad. Inicialmente se considerará un ratio de acción del relleno de 1 a 6. Esto es para 1 m de vertical se tiene un empuje horizontal de 6 m en longitud equivalente. Considerando una densidad de pulpa de 1.90 kg/L, gravedad específica de los sólidos de 2.65 y tubería de conducción de Ø4”, se espera alcanzar caudales entre 35 a 40 m3/h ó 48.5 a 55.5 ton/hora. El diseño de la planta debe contemplar la posibilidad de utilizar cemento a granel para obtener un relleno estructural, esto con el fin de minimizar la compactación. Para la profundización de la mina se debe considerar, dejar desmonte grueso en los tajos y completar con relleno estructural. PLANTA DE RELLENO HIDRAULICO

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2.3.5. Transporte Del Relleno Hidráulico (Red De Tuberías) La pulpa se transporta por un sistema de tuberías aprovechando la gravedad, ganando de esa manera velocidad por la diferencia de cotas entre niveles.

En cuanto a la tubería empleada es: * Tubos de acero SCH009/c 4’’Ǿ * Tubos de polietileno PN 12.5 / 4’’ Ǿ

* Parámetros a tener en cuenta 1) Velocidad De Flujo * Deberá ser lo más pequeña posible de tal manera que las pérdidas por fricción en la tubería sean mínimas. * Además debe considerarse que la velocidad de flujo satisfaga la viscosidad de caudal de sólidos. a) Velocidad critica de deposición (V0)

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Es la velocidad de circulación mínima, la cual debe producir la suficiente turbulencia para mantener las partículas sólidas en suspensión y evitar así la deposición de partículas en el fondo de la tubería. La velocidad crítica depende del tamaño de las partículas sólidas, tipo de fluido, tipo de pulpa o lodo, concentración, gravedad específica del sólido y del líquido. Esta velocidad se podrá calcular con la fórmula siguiente:

  

Dónde: Fl= Concentración de las partículas; este factor a dimensional se obtiene del cuadro de análisis de mallas (% en peso de gruesos). g= Aceleración de la gravedad terrestre (9.8 m/s2). d= Tamaño de las partículas. y= Peso específico de los sólidos. b) Velocidad De Mínima Pérdida (Vm)  Al trabajar con lodos heterogéneos, como lo es el caso de pulpa para relleno hidráulico, la velocidad de mínima pérdida (Vm) se calcula con la siguiente ecuación: 

 √    

Dónde: Vm = Velocidad de mínima pérdida. Cv= Concentración de sólidos en volumen. θ= Ángulo de inclinación de la tubería con respecto a la horizontal. = Diámetro de la tubería. g= Aceleración de la gravedad terrestre. Ps= Gravedad específica de los sólidos. Ca= Coeficiente de arrastre c) Cálculo De Perdidas De Presión En Tuberías Las pérdidas de presión en las tuberías se deben principalmente a tres razones fundamentales: * La fricción del fluido sobre paredes del tubo. * La necesidad de mantener los sólidos en suspensión. * Al peso de la columna de lodo. En general estas son las razones de las pérdidas de presión, pero específicamente tenemos que analizar las pérdidas para cada tipo de lodos. En general, según Darcy – Weisbach, la expresión para el cálculo de las pérdidas es:

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Dónde: FL = Coeficiente de rozamiento H = Longitud de la tubería V = Velocidad del flujo D = Diámetro interior de la tubería g = Aceleración de la gravedad (9.81m/s 2 ) PÉRDIDA DE CARGA La pérdida de carga se produce por los siguientes factores:

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Fricción del fluido en las paredes de la tubería (Hpc).

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Pérdida de carga adicional por armaduras en la tubería (Hpca).

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Entonces la pérdida de carga total sería:

Hpct=Hpc+Hpca Dónde: F= Coeficiente de fricción (Diagrama de Moody) L= Longitud de la tubería V= Velocidad de flujo = Diámetro de la tubería (cm) g= Gravedad (9.81 m/ s2) N = Número de armaduras en la tubería K = Factor de pérdida de carga para cada armadura de la tubería

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Diagrama de Moody

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Gradiente hidráulica Se llama así a la pérdida de carga por unidad de longitud, está dada por: Dónde: Hpct= Pérdida de carga total (m)

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L = Longitud total de la tubería (m). Máxima distancia horizontal La máxima distancia horizontal a que podrá ser enviada la pulpa debido al impulso adquirido durante su caída vertical (gravedad), está dada por: Dónde: h= altura de caída (m) = diámetro de la tubería (m) w= coeficiente de resistencia g=gravedad

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2.3.6 PROCEDIMIENTO DE VERTIDO DE RELLENO HIDRÁULICO EN TAJO: a) En preparación Del Tajo El primer paso es la limpieza del mineral fino que queda en el tajeo; luego se prepara el tajeo para el relleno tapando todas las zonas de posibles fugas del material de relleno colocando tapones o barreras; en esta operación se utiliza madera redonda Φ 6”x10”de para los postes, y tablas de 2”x6”x10”para el enrejado dejando un espacio de entre tablas. Estas barreras se cubren con tela de polipropileno o poliyute (de 8 a 10 onzas de peso por metro cuadrado), la cual se clava a las tablas un tanto flojas para que el relleno pueda amoldarse a las formas de la madera. El contorno de esta tela va fijada a la pared del tajeo con una mezcla de cemento y yeso (diablo fuerte). Otra cuadrilla de operarios va instalando la tubería de polietileno de hacia el tajeo a rellenar desde la red de tubería principal de relleno. Cabe señalar que el relleno es enviado desde superficie hasta los niveles inferiores través de una tubería de por gravedad y que luego desde los niveles inferiores se reparten a las diferentes labores a rellenarse.

b) Operación De Rellenado Una vez preparado el tajeo, el operador de superficie procede a enviar agua para lavar la red de tuberías con la finalidad de evacuar posibles vestigios de relleno de anteriores envíos y comprobar que la tubería no esté atorada. En seguida el operador de interior mina observa que llegue el agua al tajeo y se comunica por teléfono con el operador de superficie solicitando el envío de la pulpa. En lo posible debe evitarse que las barreras no reciban el impacto directo de la pulpa para evitar deterioros de la misma. El proceso de rellenado continúa hasta que el operador de interior mina comunique el termino del proceso o alguna parada por algún problema; este operador debe cuidar que el drenaje de agua se realice correctamente, para lo cual se utiliza tubos ranurados de Φ 4”. El relleno utilizado llega a percolar a 12cm/h necesitando esperar menos de para el secado de 2hr dicha lama para continuar con el proceso de minado. En la práctica se ha comprobado que un coeficiente de permeabilidad de es el ideal para la consolidación de un relleno. Un coeficiente de permeabilidad menor de 3cm/h se dice que demora excesivamente en eliminar el agua; en cambio un coeficiente de permeabilidad mayor de 20cm/h puede causar el fenómeno de embudo, por el cual se forma pequeños conductos abiertos dentro de la masa de relleno a través de los cuales fluye la pulpa a gran velocidad saliendo buena cantidad de relleno a las galerías.

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2.3.7 PROBLEMAS EN EL PROCESO DE RELLENADO * Atoros de tuberías, estos se debía principalmente a la falta de experiencia del personal encargado de enviar el agua y la pulpa desde la planta de relleno. * Las filtraciones y escapes de la pulpa son otro problema, los cuales se producen por una mala preparación del tajeo, esto causa inundación de las rampas, galerías y pozas de decantación de los niveles inferiores. * Los desgastes de tuberías son consecuencia del rozamiento de la pulpa contra las paredes de la tubería. * La duración de las tuberías depende de la ubicación y ángulo de inclinación que tengan. * Las tuberías instaladas verticalmente tiene poco desgaste cuando estás instaladas a plomo y bien aseguradas; mientras que las tuberías instaladas en forma horizontal tienen un mayor desgaste en la parte inferior, por lo que es recomendable hacer una rotación de las tuberías cada cierto tiempo para tener un desgaste uniforme. Aplicación de Relleno Hidráulico en Mina en diversos métodos de explotación. a) Creación de Losas: Son estructuras de R/H y cemento en proporción 1:6 con espesores de 1m a más que se ubican en el piso de las labores rellenándose el resto de la abertura con mezcla 1:30. Utilizado en corte y relleno descendente alternado (paneles, pilares) con relleno hidráulico. El concreto es fuerte a la compresión, pero quebradizo y casi inútil a la tensión. Son miembros estructurales sometidos a esfuerzos de tensión, por lo que generalmente se agrega un refuerzo de acero para la tensión y corte, este acero puede ser tubos usados de fierro, rieles usados, cables de acero. Barras de hacer corrugado, etc. El concreto sin refuerzo es utilizado en aquellas labores cuya losa no estará expuesta a esfuerzos de tensión o que se rellenara de inmediato.

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Una de las suposiciones fundamentales del concreto reforzado es que el acero y el concreto actúan juntos como una unidad. Esquema de rellenado en método de explotación corte y r elleno descendente: Donde: 1. Galería superior, rellenada con cuadros. 2. Galería inferior. 3. Sill, primer piso rellenado completamente. 4. Labores en explotación. 5. Labores en explotación. 6. Labores en explotación.

b) Procedimientos de Relleno en tajeos: En método de explotación: Corte y relleno ascendente y descendente. * Mezcla del relleno: * Loza: 1:6 - 337 Kg/m3, rellenos de 1/3 de la altura del tajeo en casos de sill de un OCF o la explotación de un UCF * Sobre loza: 1:30, 63.28 kg/m3, relleno de 2/3 de la altura del tajeo en un UCF o el relleno total de un tajeo en un OCF. Pata de gallo. Para dar mayor soporte En método de explotación: Cámaras y pilares 1) Preparación de Barreras: * Barrera Principal * Redondos de 6” a 8” de diámetro x 12’ de longitud, para los postes. * Redondos de 6” a 8” de diámetro x 12’ de longitud, para  los ángulos, que deben ser colocados con 45º de inclinación. * Tablas de 2”x 6”x 5’ y 2”x 6”x 7’ que se usarán para los enrejados con aberturas de dos pulgadas. * Tablas 2”x 6”x 7’ para las chapas, son clavados en los postes y sirven para el soporte de los ángulos. * Tejido polipropileno de 150 gr./m2 de color blanco, y de 3.80 m. De ancho. * Profundidad de las patillas de los postes y ángulos: 1 pie. * Taladros de 6 a 12 pulg. de profundidad de todo el contorno del área a enyutarse, serán estaquilladas con cuñas. * El enyutado: debe colocarse con doble capa y de 2 a 3 m. distante del armazón de la barrera. * Se aplica los mismos estándares de la primera etapa, considerando que le relleno no será ciego, debiendo de quedar una luz de 1 mt. Entre el relleno y el techo del tajeo. * Barrera Auxiliar. * Modelo idéntico a la barra principal, debe ubicarse a 2 m. del extremo de la pata de

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gallo y cuya capacidad de recepción de finos debe ser de por lo menos 15 m3, como mínimo. * La altura de la barrera debe ser de 6 pies. * Mezclas Del Relleno

El relleno a las cámaras es como sigue: * Relleno detrítico de 0.50 m. (por seguridad y percolación) * Relleno de loza sobre el detrítico con 1.5 m. * Relleno con desmonte más relleno cementado 1:30 con altura de 2 m. * Queda una cara libre de un metro de altura. * Mezcla de 1:6 (loza) 337 kg/m3 sólo en el primer horizonte. * Mezcla 1:30, 63.28 kg/m3 relleno sobre la loza más el detrítico, además relleno de rock (desmonte más 1:30 hasta el nivel superior). * Relave solo, relleno después de la loza y en los cortes superiores. En método de explotación: Sub LevelStoping * Barrera Principal.

Primera etapa de relleno: * Las barreras principales deberá de ubicarse en el acceso del S/N inferior. * Tres Longarinas de 10 pulg. X 10 pulg. X 12 pies, para los postes. * Una longarina de 10 pulg. X 10 pulg. X 12 pies, para la horizontal intermedia de soporte de los parantes. * Tablas de 2”x 6”x 5’ y 2”x 6”x 7’ que se usarán para los enrejados con aberturas de dos pulgadas. * Cabezas de toro de 11 pulg. X 11pulg. X 3 pies de fierro corrugado de 1 pulgada de diámetro. * Cuñas de 3 pulg. X 12 pulg., para ajustar los extremos de los postes verticales y horizontales sobre las cabezas de toro. * Tejido polipropileno de 150 gr./m2 de color blanco, y de 3.80 m. de ancho (doble capa). * Profundidad de las patillas de los postes: 1 pie a 1.5 pies. * Taladros de 6 a 12 pulg. de profundidad de todo el contorno del área a enyutarse, serán estaquilladas el yute con cuñas y sobre ello el diablo fuerte (mezcla de cemento y yeso). * El enyutado: debe colocarse con doble capa y de 2 a 3 m. distante del armazón de la barrera * Barrera Auxiliar * La barra auxiliar, debe ubicarse a 2 m. del extremo de la pata de gallo y cuya capacidad de recepción de finos debe ser de por lo menos 15 m3, ésta sirve para captar los finos del rebose o posibles fugas. * La altura de la barrera debe ser de 6 pies y el enyutado con doble capa.

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VI. CONCLUSIONES * La incorporación de los relaves (relave clasificado con determinada granulometría) al relleno reduce el costo del relleno con la disminución de cemento y prolonga la vida de la cancha de relaves. * A medida que avanza el minado y nos encontramos a mayor profundidad, el relleno utilizado en las labores antiguas nos garantizara una estabilidad del macizo rocoso adecuada para continuar con la profundización. * En el caso de relleno en hidráulico, al depositarse el relleno en el tajo en forma de pulpa tiende a buscar su nivel en forma natural, eliminando así la necesidad de esparcirlo de forma manual o mecánicamente aumentando la velocidad de operación de rellenado. * La ubicación de las plantas de relleno en lugares estratégicos es un parámetro importante a fin de lograr minimizar los costos por bombeabilidad. * Es necesario seguir investigando nuevos tipos de relleno en m inería, bajo las diferentes condiciones que puedan presentarse en las labores he ahí el reto de los ingenieros.

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VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS * Optimización Del Relleno Cementado En El Método Corte Y Relleno Descendente, Ing. Pedro Carrión Merino Jefe De Guardia Mina Andaychagua. * Imforme de Universidad Nacional Alcides Carion,Sistema de relleno hidráulico,CompañiamineraVolcanS.A.A. Unidad Cerro de Pasco. * Aplicación de relleno hidráulico en la Mina Jimena de Compañía Minera Poderosa S.A. AUTOR,Ing. Lázaro Wilder Huamán Montes

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