Metodos A Cielo Abierto

CAPITULO 1 : VARIABLES IMPORTANTES QUE CONDICIONAN LA EXPLOTACION DE MINAS A CIELO ABIERTO 

• INTRODUCION

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• RAZON DE DESPEJE

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• GEOMETRIA DE LA EXCAVACION

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• ANGULO DE TALUD

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• ALTURA DE BANCO

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• QUEBRADURA

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• ANCHO DE BANCOS

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• RAMPAS Y ACCESOS

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• LEY DE CORTE

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• PIT FINAL

INTRODUCCIÓN 

Una mina a tajo abierto es una excavación superficial, cuyo objetivo es la extracción de mineral económico. Para alcanzar este tipo de mineral, usualmente es necesario excavar además, grandes cantidades de roca estéril. La selección de los parámetros de diseño, las condiciones de este mineral y la extracción de estéril, son decisiones bastante complejas desde el punto de vista de la ingeniería, ya que implica una considerable importancia en el ámbito económico.

El proceso de diseño consiste en dos fases: 

Crear un esquema o una serie de esquemas alternativos, y

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Evaluar y seleccionar el mejor de estos esquemas

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Las etapas de la primera fase, son las siguientes: exploración, etapa conceptual y etapa de diseño.

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La etapa de exploración, la cual es la primera parte del proceso, consiste en la construcción de un modelo de yacimiento, incluyendo información topográfico, geológica y geotécnica.

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Posteriormente, se encuentra la etapa conceptual durante la cual se evalúan una serie de requisitos, y se considera el tipo de transporte que se utilizará para trasladar el mineral y el material estéril. A menudo, se estudiarán varios sistemas alternativos.

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La ubicación y el tamaño de las plantas de trabajo, resultan ser puntos extremadamente importantes para el proceso del diseño final. El tamaño de la planta procesadora, chancadores, etc., determinarán la capacidad de producción de la mina. La capacidad de producción, juega un rol más importante en la dictación del flujo de fondos que puede afectar toda la estrategia económica para la propiedad.

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La información de costos unitarios en todos los aspectos de la operación, estaría incluida en esta etapa,

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así como las proyecciones del valor y la demanda de mercado de mineral económico a producir.

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La etapa de diseño continúa independientemente, y este es un procedimiento iterativo. Inicialmente, se

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llevaría a cabo una optimización de los límites económicos del proceso de excavación basados en el

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aprovechamiento máximo, utilizando el modelo de yacimiento desarrollado durante la etapa de exploración.

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Luego, se deberá realizar una secuencia minera para los diversos sistemas de transporte y niveles de producción.

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de flujo de fondos de todo el proceso. La ubicación de los límites económicos del proceso de excavación dependen de cierta forma de los aspectos del flujo de fondos. Por lo tanto, será necesario evaluar otros aspectos económicos que no sean aquéllos inicialmente considerados para determinar la susceptibilidad del flujo de fondos en la ubicación exacta de los límites de excavación. Asimismo, para cada sistema de transporte, capacidad de producción, etc. a considerar, se deberá crear un diseño completo que incluya un programa, selección de equipamiento y flujos de fondos, a fin de determinar finalmente la alternativa por la cual se deberá optar.

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El modelo de explotación a cielo abierto obedece a un modelo de explotación utilizado para distribuciones minerales ubicadas cerca de la superficie y generalmente emplazadas en grandes extensiones de terreno. Su desarrollo consiste en la formación de un anfiteatro que va alcanzando su mineral a través de rampas y bancos que permitan el buen funcionamiento de las operaciones mineras.

a) RAZON ESTERIL MINERAL 

Razón existente entre la cantidad de material estéril que se retira de una mina a cielo abierto con respecto a la cantidad de mineral útil aprovechable que puede alcanzarce. Esta razón puede ser variable a la largo de la vida útil de la mina. Ej.: remoción de material estéril para llegar a la zona mineralizada en una etapa de preproducción, también etapas de expansión etc. Los resultados de un diseño de rajo determinarán las toneladas de lastre y de mineral que contiene el rajo. La razón lastre - mineral para el diseño, arrojará la razón de despeje promedio para ese rajo. Este se diferencia de la razón de despeje de equilibrio o razón límite económica que se utilizara para diseñar el rajo.

La razón lastre-mineral puede ser determinada por diversos criterios, uno de estos corresponde a un criterio de estabilidad y seguridad, en el cual la relación lastre-mineral se encuentra en función del ángulo de talud. Otro criterio corresponde a un criterio económico a través del cual se determina una razón límite económica,

b) Geometría de la excavación. 

Debido a que la excavación realizada se lleva a cabo en un medio rocoso, se esta produciendo un desequilibrio en el sistema, por lo cual es deseable una excavación circular o elíptica debido a que los esfuerzos de tracción y compresión que aparecen tienden a ser nulos o a contrarrestarse uno con otros.

c) Angulo de talud 

El talud de la pared del rajo constituye uno de los principales elementos que afectan el tamaño y forma de éste. El ángulo de talud corresponde al ángulo que forman las paredes del yacimiento con respecto aun eje horizontal imaginario este ángulo varia entre 35 y 50 grados dependiendo de la profundidad que se alcance en la explotación. El talud del rajo ayuda a determinar la cantidad de lastre que se debe mover con el objeto de explotar el mineral. El talud del rajo se expresa, normalmente en grados desde el plano horizontal.

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La pared de un rajo necesita permanecer estable en tanto se esté llevando a cabo una actividad de explotación en esta área. La estabilidad de las paredes del rajo debe ser objeto de un análisis lo más cuidadoso posible. Los factores claves en la evaluación del ángulo de talud más adecuado son la resistencia de la roca, las fallas, los planos de falla, la presencia de agua y otros datos geológicos;. Se puede determinar un talud promedio global y simple para el rajo (por ejemplo 45º), pero un estudio más detallado podría demostrar que las características físicas del depósito hacen que el talud del rajo cambie de acuerdo con el tipo de roca, localización del sector, cota u orientación dentro del rajo.

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estables. Las paredes del rajo se deben dejar lo más paradas posible, con el objeto de minimizar la razón de despeje. El análisis de taludes del rajo determina el ángulo que se utilizará entre los caminos del rajo. El talud global del rajo utilizado para el diseño debe ser más bajo, con el propósito de dar cabida al sistema de caminos en el rajo final.

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El ángulo de talud se clasifica en dos tipos:

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• Angulo de Trabajo o cara del banco: Angulo que tienen los bancos en producción, determinado por las labores de tronadura y el ritmo de explotación diario, con el objeto de mantener la seguridad y rentabilidad del método.

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• Angulo Final: Se pretende alcanzar una vez finalizada la explotación.

Se observa una relación entre el ángulo de talud y la razón estéril mineral. A mayor ángulo de talud, menor razón estéril mineral Variables de las cuales depende el ángulo de talud:

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• Factores geológicos ( diaclasas, clivajes, fallas).

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• Factores geotécnicos ( cohesión, angulo de fricción, resistencia a la compresión y tracción, densidad,etc)

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• Factores relacionadas con las aguas subterráneas ( porosidad, índice de huecos, presión de poros ,etc)

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• Factores geométricos ( altura y ancho de los bancos, etc)

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• Factores de tronadura ( quebradura, precorte, efecto sismo, etc)

Cuanto más coherente y más bajo sea el banco, más vertical puede ser la cara del mismo y, por el contrario, cuanto más suelto y alto, más tendido será el banco; es función, pues, de las características estructurales y resistentes de los materiales y deberá ser determinado geomecánicamente.

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Otro factor que puede obligar a inclinar la cara de banco es el buen efecto que sobre las tronaduras ejerce el disparo con barrenos inclinados. Pero, en conjunto, puede afirmarse, con respecto a los taludes de cara de banco, la posibilidad de operar con dos, uno inclinado que puede coincidir con el ángulo de la cara del banco de trabajo y otro, más vertical, igual al ángulo final de la cara de banco, especialmente si en las últimas tronaduras se utilizan barrenos de contorno para mejorar la estabilidad de los macizos residuales y/o se unen varios bancos.

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Es habitual y recomendable utilizar, durante el trabajo en roca media, ángulos de cara de banco entre 60° y 75° y, al final, dejados casi verticales, incluso uniendo varios bancos para poder disponer de bermas de seguridad más prácticas. Esto último dependerá del plan de restauración previsto.

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La determinación del ángulo de talud busca encontrar un número que represente la estabilidad del talud, lo cual se conoce como factor de seguridad y que tiene los siguientes valores críticos:

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• Factor de seguridad igual a 1.0, indica indiferencia.

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• Factor de seguridad menor que 1.0, indica problemas de estabilidad y posibles colapsos.

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• Factor de seguridad mayor que 1.0, corresponde a un valor óptimo de seguridad.

d) Altura de banco 

La altura de banco es la distancia vertical entre cada uno de los niveles horizontales del rajo. A menos que las condiciones geológicas especifiquen lo contrario, todos los bancos deben tener la misma altura. Ésta dependerá de las características físicas del depósito; el grado de selectividad requerida en la separación de minera y lastre con el equipo de carguío; el índice de producción; el tamaño y el tipo de equipamiento para lograr los requerimientos de producción; y las condiciones climáticas.

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La altura de banco debe fijarse lo más alto que sea posible, dentro de los límites del tamaño y tipo de equipamiento seleccionado para la producción deseada. El banco no debe presentar una altura tal que implique problemas de seguridad por caída de bancos de material tronado y sin tronar o de placas congeladas en invierno.

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La altura del banco en las minas de rajo abierto oscila, normalmente, entre los 15 metros en las grandes minas de cobre e, incluso, 1 metro en otros yacimientos como los de uranio.

La altura de banco tiene importancia la disposición estructural o morfológica del yacimiento, el control de la dilución durante la extracción, el alcance de los equipos, etc. La selección de alturas de banco grandes, presenta las siguientes ventajas:

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• Mayor rendimiento de la perforación, al reducirse los tiempos muertos de cambio de posición.

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• Mejora de los rendimientos de los equipos de carga, al reducirse los tiempos muertos por cambio de tajo, así

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como por desplazamientos del equipo dentro del mismo.

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• Menor número de bancos y, por tanto, mayor concentración y eficiencia de la maquinaria.

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• Infraestructura de accesos más económica por menor número de bancos.

Por el contrario. las ventajas de alturas pequeñas son las siguientes:

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• Mejores condiciones de seguridad para el personal y maquinaria pues el alcance de las maquinas de carga

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permiten un mejor saneo y limpieza de los frentes cuando es necesario

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• El control de las desviaciones de los barrenos es más efectivo para de martillo en cabeza.

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• Mayor control sobre la fragmentación de la roca en la tronadura.

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• Mayor rapidez en la ejecución de rampas de acceso entre bancos.

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• Menores niveles de vibraciones y onda aérea, al ser las cargas operantes más pequeñas.

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• Mejores condiciones para la restauración y tratamiento de los taludes finales.

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La selección de la altura óptima es el resultado de un análisis técnico económico apoyado en estudios geológico y geotécnicos que incluyen el aspecto de seguridad de las operaciones, así como los estudios de recuperación de los terrenos afectados por las actividades mineras cuando se llega a la situación final.

e) Quebradura 

Zona de inestabilidad que produce la tronadura de la última corrida de tiros sobre la futura cara libre de un banco que va entrar en explotación. La Quebradura condiciona las operaciones de carguío y transporte debido a la variación que se produce en el ancho del banco.

f) Ancho de los bancos 

Toda mina a cielo abierto requiere vías de acceso y de salida para camiones, transito de palas a distintos frentes de extracción en general para el desplazamiento de vehículos menores.

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El ancho de Banco queda definido por los siguientes factores: Comportamiento del parámetro quebradura, Técnicas de tronadura amortiguada empleadas y normas de seguridad impuestas en la mina ( vías de doble transito y ancho de berma y derrame).

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Se define como anchura mínima de banco de trabajo la suma de los espacios necesarios para el movimiento de la maquinaria que trabaja en ellos simultáneamente.

g) Rampas y accesos 

Las pistas son los caminos por los cuales se realiza el transporte habitual de materiales de la explotación, es decir, por los que circulan las unidades de acarreo. También existen rampas que se utilizan exclusivamente como acceso a los rajos de los equipos que realizan el arranque y su servicio esporádico.

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Ambas tienen distinto tratamiento y diseño, pues mientras que por las primeras la circulación puede ser continua en los dos sentidos y a marcha rápida, la utilización de las segundas es mínima y a velocidad mucho más lenta. En éstas últimas, la pendiente debe recomendarse por razones de seguridad pues, aunque la lubricación de los mecanismos de las máquinas que van a circular por ellas permita fuertes inclinaciones, en ningún caso debe sobrepasarse el 20%, sobre todo teniendo en cuenta que, en ocasiones, también circularán por ellas vehículos de mantenimiento y reparación. Con relación a su anchura, ésta debe superar, por lo menos, en dos metros el ancho de vía de la unidad más ancha que vaya a circular por ellas.

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Respecto a las pistas y rampas de transporte, en su diseño hay que considerar, en relación con las unidades de transporte que se utilicen, una sede de parámetros que, sin perder el ritmo de operación, las hagan seguras.

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Las bermas, se utilizan como áreas de protección, al detener y almacenar los materiales que puedan desprenderse de los frentes de los bancos superiores, y también como plataformas de acceso o, incluso transporte, en el talud de una excavación.

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La altura o separación entre bermas, así como su anchura son función de las características geotécnicas del macizo de explotación que conjuntamente con el resto de los parámetros que intervienen en el diseño de la mina conducen a la obtención de un factor de seguridad que garantice la estabilidad del, talud general y seguridad de los trabajos. En el caso que una berma se utilice para la circulación de su anchura debe cumplir con lo establecido para las pistas

h) Proyección de la pila de material quebrado Esta variable condiciona el tipo de equipo de carguío a utilizar en el desarrollo de mina ( cargadores frontales y palas electromecánicas), y corresponde a la geometría que tiene la pila de material fragmentado por tronadura 

En este sentido se pueden distinguir tres tipos de pilas de proyección:

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• La pila apretada: Es consecuencia de los tiempos de retardo utilizados y generalmente contiene bolones

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preformados.

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• Pila extendida: Compuesta por una zona que tiene una altura optima de trabajo y una zona de reapilamiento.

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• Pila normal : Proyección optima según los requerimientos de carguío de palas o cargador.

Ley de corte Es el criterio usado en minería para discriminar entre mineral y estéril en un yacimiento minero. El material cuya ley es menor que la Ley de Corte, se clasifica como lastre y es, dependiendo del tipo de minería, dejado in-situ o llevado a botaderos. Cuando es superior a la Ley de Corte, se clasifica como mineral, y es enviado a tratamiento para su recuperación y eventual venta. La ley de corte se puede clasificar como: 

Ley de corte económica

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Ley de compensación o equilibrio

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Ley de corte geológica

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Ley de corte de planificación

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Ley de corte de extracción

Ley de corte económica 

Es aquella Ley de Corte que tiene relación con la ley que maximiza el beneficio neto, y está en función de algunos factores, tales como: precio del elemento, costos de recuperación, producción anual, y la vida del yacimiento. Debido a esto la Ley de Corte es variable en el tiempo, afectando directamente las reservas del yacimiento.

Ley de compensación o equilibrio Es la ley para la cual el ingreso se balancea, exactamente con los costos de extracción, tratamiento y comercialización.

Ley de corte geológica Es el valor de referencia, que se usa para cuantificar la magnitud de los recursos minerales (recursos geológicas) conque cuenta un yacimiento. Estos recursos pueden en parte no ser explotables, ya sea por problemas de método de explotación o por problemas de índole económico.

Ley de corte de planificación Se utiliza para decidir que mineral es económicamente explotable dentro de las reservas geológicas. Los factores técnicos que considera para su análisis son fundamentalmente la capacidad de producción y los procesos que se aplican al mineral para obtener el producto final. Los factores económicos son los costos de producción y los precios de ventas de los productos. La ley de corte de planificación involucra un lapso de tiempo u horizonte de planificación, dentro del cuál adopta valores configurando una política de leyes de corte, entre las que se puede mencionar: 

• Ley de Corte Constante.

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• Ley de Corte Decreciente.

Ley de corte de extracción 

Corresponde a la ley de corte de explotación en el momento mismo de extraer el mineral de la mina, asociándose a un costo marginal por estar ya realizando el desarrollo mina. El cálculo de corte depende del punto de la decisión de corte en la vida de la mina. Al momento de decidir si explotar un bloque más al final de la vida de la mina, los únicos costos empleados serían los costos de operación en efectivo y una utilidad mínima para reflejar los costos de oportunidad de utilizar el dinero en alguna otra parte. En el caso de una decisión de explotar un año más, el costo sería los costos de operación en efectivo, más el capital de reposición necesario, más todos los costos generales y administrativos en los que se incurriría.

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Para una mina que se encuentra en la etapa de planificación, los costos que se utilizarán son más complejos y deben ser objetos de una cuidadosa consideración. Se deben utilizar todos los costos directos de explotación procesamiento y mercado. En la fase de explotación, ésta incluiría los costos de perforación, tronadura, carguío y transpone. Los costos de procesamiento cubrirían los costos de chancado, transporte por correa, molienda y concentración. Dependiendo de la forma final del producto, los costos de mercadeo podrían incluir el manejo de concentrado, fundición, refinamiento y transporte. También se incluirían los costos directos adicionales por derechos de patentes e impuestos.

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También se deben incorporar los costos fijos o generales también en el cálculo. Se deben incluir los costos administrativos y generales para la mina, molienda y personal de oficinas administrativas. Hasta que no se haya determinado el tamaño del rajo y desarrollado los costos fijos, sólo será posible estimar los costos a utilizaren el cálculo.

j) Diseño de pit final 

Como primer paso para la planificación de corto o largo plazo, se deben determinar los limites del rajo abierto. Los límites permiten definir la cantidad de mineral explotable, el contenido de metal y la cantidad de lastre involucrada que se tiene que mover durante el transcurso de la operación. El tamaño, la geometría y la ubicación del pit final son importantes, en la planificación de áreas de tranques de relaves, botaderos, caminos de acceso, plantas de concentración y todas las demás instalaciones de superficie. El conocimiento que se obtiene a partir del diseño del pit final sirve, además, para guiar futuros trabajos de exploración.

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En el diseño del pit final, el ingeniero asignará valores a los parámetros físicos y económicos descritos en la sección anterior. El limite de pit final representará el lindero máximo de todo el materia! que cumple con estos criterios. El material contenido en el rajo cumplirá dos objetivos.

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1. No se deberá explotar un bloque a menos que éste pueda solventar todos los costos relacionados con su explotación, procesamiento y mercadeo y de despeje del lastre situado sobre el bloque.

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2. Para la conservación de los recursos, se incluirán en el rajo todos los bloques que cumplan con este primer objetivo.

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El resultado de estos objetivos es el diseño que permitirá maximizar la utilidad total del rajo, sobre la base de los parámetros físicos y económicos empleados. A medida que estos parámetros vayan cambiando en el futuro, también lo hará el diseño del rajo. Dado que los valores de los parámetros no son conocidos únicamente al momento del diseño, el ingeniero podría diseñar el rajo para un rango de valores, a fin de determinar los factores más importantes y su efecto en el límite de pit final.

CAPITULO 2 : PRODUCCION EN MINAS A CIELO ABIERTO 

• APERTURA DEL RAJO Y VOLADURA EN RAMPAS

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• SISTEMAS DE PERFORACION

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• SISTEMAS DE TRONADURA

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• SISTEMAS DE CARGUIO

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• SISTEMAS DE TRANSPORTE