Tajo Largo (Longwall Mining)

TRABAJO MINERÍA POR TAJO LARGO

INTEGRANTES: Avendaño Trigos Mairon Martin Cod 1180400 Martínez Ríos Ronal Cod 1180403 Escorcia Pérez Dimas Cod 1180373

ING. Yesid Castro Duque

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER INGENIERÍA DE MINAS MECANIZACIÓN DE MINAS 26/06/2012

TABLA DE CONTENIDO

1. Objetivos. 2. Introducción. 3. Minería Por Tajo Largo. 3.1. Historia De La Minería Por Tajo Largo. 3.2. ¿Qué Es Tajo Largo? 3.3. Ventajas Del Tajo Largo. 3.4. Desventajas Del Tajo Largo. 3.5. Tabla Ventajas Vs. Desventajas. 3.6. Consideraciones Geológicas. 3.7. Equipos Utilizados En La Minería Por Tajo Largo. 3.7.1. Cortadoras o Esquiladores. 3.7.1.1. Esquiladores De Telemetría De Doble Tambor. 3.7.1.2. Esquiladores De Telemetría De Único Tambor. 3.7.1.3. Esquiladores Fijos De Único Tambor. 3.7.1.4. Escoplos. 3.7.2. Apoyos. 3.7.2.1. Corazas. 3.7.2.2. Calzos.

3.7.2.3. Marcos. 3.7.3. Transportadores. 3.8. Métodos Y Series De Corte. 3.8.1. Sistema De Corte Bidireccional. 3.8.2. Sistema De Corte Unidireccional. 3.9. Ventilación. 3.9.1. Tipos De Ventilación. 3.9.1.1. Sistema “R”. 3.9.1.2. Sistema “R” Gaseoso. 3.9.1.3. Sistema “Z”. 3.9.1.4. Ventilación Homotropa. 4. Conclusiones. 5. Bibliografía.

TABLA DE FIGURAS.

Figura 1. Antiguo método de explotación tajo largo. Figura 2. Moderno método de explotación tajo largo. Figura 3. Método de tajo largo por avance. Figura 4. Método de tajo lardo por retroceso. Figura 5. Consideraciones geológicas desfavorables, subsidencia del terreno. Figura 6. Consideraciones geológicas favorables, mantos uniformes y horizontales. Figura 7. Esquilador de doble tambor. Figura 8. Esquilador de un tambor. Figura 9. Escoplos. Figura 10. Apoyos, coraza. Figura 11. Apoyos, sistema de calzos. Figura 12. Apoyos, calzo. Figura 13. Apoyos, marco. Figura 14. Transportador. Figura 15. Sistema de corte bidireccional. Figura 16. Sistema de corte unidireccional. Figura 17. Sistema “R”.

Figura 18. Sistema “R” Gaseoso. Figura 19. Sistema “Z”. Figura 20. Ventilación Homotropa.

1. OBJETIVOS.

Objetivo General. 

Llegar a una mejor comprensión de la minería subterránea por tajo largo.

Objetivos Específicos. 

Realizar una compilación organizada de información de diversas publicaciones.

2. INTRODUCCIÓN.

La minería por tajo largo es uno de los principales métodos de explotación minera subterránea en todo el mundo. En la minería de países desarrollados el método de tajo largo es uno de los más utilizados, ejemplo de ello es la minería de Estados Unidos, que en 1993, el 40 por ciento de su minería era por tajo largo1. El método de minería por tajo largo ha venido aumentando en las últimas décadas, siendo cada vez más usado por sus grandes ventajas. El desarrollo de este método ha venido desarrollándose desde su creación en Inglaterra en el siglo XVIII, los cambios positivos se han logrado en salud y seguro, incluyendo muchas áreas como los niveles de la producción, productividad, los costes unitarios y los gastos de explotación toral. 2

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Longwall Mining, Departamento De Energía De Estados Unidos, Marzo De 1995. Pag. 9 Monograph 26, Australasian Coal Mining Practice, Capitulo 15. Pag.1

3. MINERÍA POR TAJO LARGO.

3.1. Historia De La Minería Por Tajo Largo. La idea básica del laboreo por tajos largos fue desarrollada en Inglaterra en el último siglo XVII. Los mineros socavarían el mineral a lo largo de la anchura del frente de arranque del yacimiento, quitando el mineral como cayó, y usando apoyos de madera para controlar la caída del techo detrás de la cara. Esto era conocido como el método de Shropshire de explotación minera. Mientras que la tecnología ha cambiado considerablemente, la idea básica sigue siendo igual, de quitar esencialmente todo el carbón de un frente de arranque amplio y de permitir que el techo y la roca sobrepuesta se desplomen en el claro detrás, mientras que mantiene un espacio de funcionamiento seguro a lo largo de la cara para los mineros.

Figura 1.

Comenzando 1900, la minería por tajos largos fue mecanizada. Antes de 1940, algunos refirieron al laboreo por tajos largos como “el método del transportador” de explotación minera. Desemejante del laboreo por tajos largos anterior, el uso de una banda transportadora paralela al frente de arranque del mineral forzó la cara para ser desarrollado a lo largo de una línea derecha. La minería por tajos largos de inferior tecnología continuó en funcionamiento en los años 703. 3.2. ¿Qué Es Tajo Largo? Este método puede utilizarse en la explotación de yacimientos estratificados, delgados, de espesores uniformes e inclinaciones preferentemente e pequeñas a moderadas. Inicialmente se aplicó en carbón y, posteriormente, se ha extendido a las potasas y a otros minerales duros, como las vetas auríferas, donde el arranque se efectúa por perforación y voladura.

Figura 2. 3

Longwall Mining, Wikipedia The Free Encyclopedia.

El mineral se extrae a lo largo con medios mecánicos: rozadora, cepillo, etc., o con explosivos en el caso de las rocas mas duras. En el sostenimiento del hueco creado se suele utilizar estibación hidráulica marchante o auto desplazable, mientras que el tratamiento que se da al hueco abandonado puede consistir en el relleno del mismo o, mas comúnmente en el hundimiento del techo. El mineral arrancado se extrae el tajo por medio de transportadores de cadenas o panzer’s que descargan en cintas transportadoras que discurren por las galerías en dirección. El método se aplica en dos modalidades: en avance y en retirada. En el primer caso, las galerías en dirección, tanto de base como de cabeza de tajo, sufren mayores tensiones que obligan a realizar labores de mantenimiento, mientras que en el segundo caso esa infraestructura se mantiene en el terreno sin explotar.

Figura 3. Cuando las capas son muy potentes, la extracción se realiza en diversas pasadas por franjas descendentes. El arranque del mineral en el frente puede combinarse con un hundimiento controlado por detrás de la estibación, llamado también “sutiraje” con lo que se consigue reducir el número de pasadas y recuperar parte el mineral existente en bolsadas y pequeñas ramificaciones.

Figura 4. Entre las ventajas que presenta este método se encuentran el alto grado de mecanización y la elevada recuperación del mineral. Los principales inconvenientes que presenta son unas condiciones morfológicas y geo-mecánicas de los materiales adecuados y unas elevadas inversiones iniciales en maquinaria y preparación de las labores. Un variante de este método descrito es la conocida por tajos cortos, se utiliza en frentes inferiores a los 50m en yacimientos de tipo masivo, que se extienden ocupando grandes superficies horizontales. Se adapta bien a los techos en malas condiciones y es mas flexible, pero precisa mas labores preparatorias y mas cambios y desplazamientos de los equipos mineros4. 3.3. Ventajas Del Tajo Largo. El laboreo por tajos largos es una técnica productora de carbón muy eficiente. La productividad es potencialmente más alta que la de la explotación minera por cuartos y pilares, porque el laboreo por tajos largos es básicamente una operación continua que requiere a pocos trabajadores y que permite una alta tasa de producción. El sistema por tajo largo también ofrece un número de otras ventajas. Concentra mineros y el equipo en menores secciones de trabajo, haciendo la mina más fácil manejar. La seguridad es mayor a través un mejor manejo del techo y una reducción en el uso de mover 4

Manual De Minería, Estudios Mineros Del Perú S.A.C.

el equipo. Este método elimina el empernado del tejado en el frente de arranque para soportar el techo de la mina, y disminuye la necesidad de sacudir pasajes de la mina con el material inerte para prevenir explosiones de polvo de carbón. No implica ninguna voladura, con sus peligros consiguientes. También recupera más mineral de capas del yacimiento más profundas que cualquier otra explotación. El sistema del transporte del mineral es más simple, la ventilación es mejor controlada, y el apaciguamiento de la superficie es más fiable. Además, el laboreo por tajos largos ofrece la mejor oportunidad para la automatización5. Podemos resumir las ventajas la minería por tajo largo en6:       

Alta recuperación Bajar los gastos de explotación. Más fácil vigilar. Más fácil entrenar a mineros. Trabajos bajo el techo débil. Limpiar el producto basto. Ventilación simple.

3.4. Desventajas Del Tajo Largo. Primero, entre las desventajas del laboreo por tajos largos son los costes de capital para el equipo y la instalación que son substancialmente más altos que para cualquier otro tipo de explotación minera. Los gastos de establecimiento inicial son bastantes grandes, lo cual restringe la economía, generalmente el laboreo por tajos largos son utilizados por las grandes compañías mineras. El laboreo por tajos largos es un método en el cual todas las piezas deben operar como sistema integrado. Una falla de una porción puede romper la operación entera, y el impacto en los contratos de ventas del mineral puede ser substancial. El laboreo por tajos largos también requiere un sistema de ventilación bien mantenido debido a las granes cantidades de polvo y de metano producidos. Los niveles de polvo exceden a menudo el límite máximo permitido a pesar de mejorías en tecnología7. Podemos resumir las desventajas de la minería por tajo largo en6:

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Longwall Mining, Departamento De Energía De Estados Unidos, Marzo De 1995. Pag. 11, 13. Longwall Mining, Venkat, www.slideshare.com 7 Longwall Mining, Departamento De Energía De Estados Unidos, Marzo De 1995. Pag. 13. 6

  

Bajas de producciones grandes. Eliminación del polvo difícil. Sobrecarga del sistema de transportador.

3.5. Tabla Ventajas Vs. Desventajas. Minería Por Tajo Largo Ventajas Alta recuperación Bajar los gastos de explotación. Ventilación simple. Trabajos bajo el techo débil. Más fácil entrenar a mineros. Más fácil vigilar. Limpiar el producto basto.

Desventajas Bajas de producciones grandes. Eliminación del polvo. Sobrecarga del sistema transportador.

3.6. Consideraciones Geológicas. No todas las capas de carbón son convenientes para el laboreo por tajos largos. La técnica trabaja mejor en las capas de carbón que son extensas, bastante echadas, de espesor generalmente uniforme, y libre de discontinuidades, tales como averías grandes u otras características geológicas que podrían interferir con la extracción continua del mineral. El suelo de la mina debe ofrecer una base firme para los apoyos movibles usados en el laboreo por tajos largos. Los acuíferos importantes no deben cubrir la capa de carbón. Los pozos de aceite y de gas en el área que se minará representan obstáculos, porque los pilares del carbón se deben dejar alrededor de los pozos para ofrecer la protección.

Figura 5.

Lo ideal es que los estratos que cubren la capa de mineral deben hundirse detrás de los apoyos pronto después de que se extraiga el mismo. Si los estratos “cuelgan hacia arriba” y se rompen en cuadras grandes, las altas tensiones puestas en los apoyos pueden interferir con su operación poniendo en riesgo el lugar. Por una parte, ciertas condiciones geológicas favorecen fuerte el laboreo por tajos largos sobre la explotación minera por cuartos y pilares. Particularmente, las capas de mineral con profundidad mayor de 1.000 pies se deben extraer usando el laboreo por tajos largos. La explotación minera por cuartos y pilares no es generalmente económica en tales profundidades porque los pilares muy grandes requeridos para soportar el techo de la mina reducen dísticamente la cantidad de carbón que puede ser recuperada. En cambio, el laboreo por tajos largos está bien adaptado a las capas de carbón profundas porque no hay necesidad de soportar el techo8.

Figura 6. 3.7. Equipos Utilizados En La Minería Por Tajo Largo. Las mejorías en el equipo del laboreo por tajos largos han sido factor principal en el aumento en productividad por tajo largo durante la última década. Entre los cambios más importantes estaban los caballos de fuerza y la capacidad crecientes de las cortadoras y de los transportadores de carbón. Los mandos electrohidráulicos para los apoyos eran otro revelado importante9.

8 9

Longwall Mining, Departamento De Energía De Estados Unidos, Marzo De 1995. Pag. 13. Longwall Mining, Departamento De Energía De Estados Unidos, Marzo De 1995. Pag. 29.

3.7.1. Cortadores o Esquiladores. Hay cuatro tipos principales de cortadores para laboreo de tajo largo: 3.7.1.1. Esquiladores De Telemetría De Doble Tambor.

Figura 7. 3.7.1.2. Esquiladores De Telemetría De Único Tambor.

Figura 8.

3.7.1.3. Esquiladores Fijos De Único Tambor. 3.7.1.4. Escoplos.

Figura 9. 3.7.2. Apoyos. Hay tres tipos de apoyos para tajos largos: corazas, calzos, y marcos. Las corazas eran ya establecidas como el tipo dominante de apoyo de techo antes de 1984. En ese año, el 89 por ciento de todos los tamaños grandes utilizó las corazas en los Estados Unidos. Uno de los progresos más importantes de apoyos para minería de tajos largos durante la última década ha sido la introducción de mandos electrohidráulicos. Con mandos electrohidráulicos, un trabajador en una situación puede mover un grupo entero de corazas. Las ventajas ofrecidas por los mandos electrohidráulicos incluyen duraciones de ciclo más rápidas, la exposición reducida del trabajador al polvo, y los requisitos de mano de obra reducidos para el movimiento del apoyo10.

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Longwall Mining, Departamento De Energía De Estados Unidos, Marzo De 1995. Pag. 32.

3.7.2.1. Corazas.

Figura 10. 3.7.2.2. Calzos.

Figura 11.

Figura 12. 3.7.2.3. Marcos.

Figura 13.

3.7.3. Transportadores.

Figura 14. 3.8. Métodos Y Series De Corte. Los métodos de corte pueden ser: 3.8.1. Sistema De Corte Bidireccional. El corte bidireccional se describe como “la extracción completa de la membrana de la soldadura en el un pase a lo largo de la cara del tajo largo”. Cada vez que el esquilador corta a partir de un extremo de la cara al otro, una membrana completa del carbón se extrae.

Mientras que el esquilador corta a lo largo de la cara, los apoyos avance un de entonces el transportador de cara avance después de los apoyos11. El corte bidireccional puede ser ambientalmente menos deseable que opciones si el sistema genera altos volúmenes de polvo, del avance del esquilador o de apoyo. Los factores críticos que pueden limitar el uso del corte bidireccional son:      

La edad y la confiabilidad del sistema de mando del apoyo. Dos operadores del esquilador pueden ser requeridos. El mando de horizonte necesita ser de alta calidad. El transportador de cara y la capacidad de sistema de la galería abierta pueden determinar velocidades del corte. Carencia de la adaptabilidad en el ciclo de corte, requiriendo a operadores tener un buen conocimiento de los problemas y de las averías de sistema. La necesidad de operadores adicionales si la automatización está en un nivel técnico inferior.

Los factores beneficiosos de corte bidireccional pueden ser:   

Demanda reducida en requisitos del sistema de apoyo. La capacidad de soportar la cara mejor en condiciones pobres. Mayores ventajas en soldaduras más finas donde está crítica la tolerancia bajo apoyos.

Ver figura 15 en la siguiente pagina.

11

Monograph 26, Australasian Coal Mining Practice, Capitulo 15. Pag. 13-14.



El serpenteo en ambas direcciones guardará deslizamiento de la cara a una condición atmosférica mínima.

Figura 15.

3.8.2. Sistema De Corte Unidireccional. El corte unidireccional se describe como “la extracción de la membrana en dos pases a través de la cara del tajo largo”. En términos básicos el esquilador debe pasar a través de la

cara dos veces para extraer la membrana. En el primer pase del corte, los apoyos avance y en el pase de retorno el transportador de cara avance12. Los factores críticos que pueden limitar el uso del corte unidireccional son:     

La velocidad creciente del esquilador puede aumentar demanda en el sistema de apoyo. La necesidad de tener una velocidad más rápida del transporte en el esquilador. Los operadores adicionales pueden ser necesarios si la automatización está en un nivel técnico inferior. El avance de apoyo en la puerta posterior tiene los mismos efectos ambientales que el corte bidireccional. El deslizamiento puede ser causado serpenteando en una dirección cada resistencia.

Los factores beneficiosos de corte unidireccional pueden ser:   

 

 

Requisitos de entrenamiento reducidos quizá porque el sistema es más simple. Solamente un tambor necesita ser controlado a través del ciclo. Más ambientalmente deseable porque el avance de apoyo se diseña para estar en el lado de retorno del operador (dependiendo de diseño de la serpenteo en la puerta posterior). El cargar en el equipo puede ser mineral regulado fácilmente. El cargamento del transportador de cara y el sistema de la galería abierta se pueden regular cerca varían la extracción en cada pase (especialmente en soldaduras gruesas). El mando de horizonte es menos crítico pues el transportador de cara se puede tirar de nuevo a clasifica de nuevo el suelo. Hay mayor adaptabilidad en la operación del ciclo de corte y de sistema de mando del apoyo.

Ver figura 16 en la siguiente pagina.

12

Monograph 26, Australasian Coal Mining Practice, Capitulo 15. Pag. 15-16.

Figura 16. 3.9. Ventilación. La ventilación de una mina de tajo largo y de la cara del tajo largo es uno de los aspectos más importantes del laboreo por tajos largos. Las funciones principales de la ventilación en el laboreo por tajos largos son13:  

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El abastecimiento de aire fresco en el calor y la humedad tolerables nivela para que los trabajadores de mina respiren. Retiro de los gases nocivos de la atmósfera de la mina que se producen de la soldadura de carbón y del equipo minero.

University Of Wollongong Longwall Mining Website, Ventilation, www.uow.edu.au/eng/longwall

3.9.1. Tipos De Ventilación. El tipo de sistema de ventilación usado en minería de tajo largo esta relacionado con las condiciones encontradas en cada mina. El factor más influyente en la elección del sistema de ventilación es la cantidad de gas que esté presente en la atmósfera de la mina. Si la mina es considerablemente gaseosa, el gas tiene que ser retirado del área de trabajo tan rápidamente y con tanta seguridad como sea posible14. 3.9.1.1. Sistema “R”. El sistema de “R” (O sistema reverso, porque el aire de entrada viaja en la dirección contraria al aire de retorno) es conveniente para las soldaduras de mineral que tienen regímenes muy inferiores de la emisión de gas porque el terraplén no está bien - ventilado y los gases del terraplén se vuelven reales en las calzadas de la puerta posterior. También se conoce como “U” por el espacio de aire que tiene forma similar a una “U”.

Figura 17.

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University Of Wollongong Longwall Mining Website, Ventilation System, www.uow.edu.au/eng/longwall

3.9.1.2. Sistema “R” Gaseoso.

Figura 18. 3.9.1.3. Sistema “Z”.

Figura 19.

3.9.1.4. Ventilación Homotropa. En minas polvorientas, la cantidad de polvo en la atmósfera de la mina puede ser reducida ordenando el aire para fluir en la misma dirección que el carbón se está transportando a lo largo de la cara del tajo largo. Este sistema se conoce como ventilación homotropa. Las ventajas de este sistema son:  

El aire de entrada en la cara es más limpio. Exposición de polvo reducida para los trabajadores en la cara.

Figura 20.

4. CONCLUSIONES.

Se logro conseguir información sobre el método de tajo largo, traducirla y organizarla. Pienso que este compendio será de gran utilidad debido a la poca información que se consigue en español sobre el tema. Se llego a una mejor comprensión del tema, además se ejercito el ingles.

5. BIBLIOGRAFÍA.



Longwall Mining, Departamento De Energía De Estados Unidos, Marzo De 1995.



Longwall Mining, Venkat, www.slideshare.com



Monograph 26, Australasian Coal Mining Practice, Capitulo 15.



Manual De Minería, Estudios Mineros Del Perú S.A.C.



Longwall Mining, Wikipedia The Free Encyclopedia.



Guia Minero Ambiental De Explotación, www.minminas.gov.co



Introduction To Longwall Mining And Subsidence, Mine Subsidence Engineering Consultants, www.minesubsidence.com



University Of Wollongong Longwall Mining Website, www.uow.edu.au/eng/longwall