Clase07 Shrinkage

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica

MI 115 Métodos de Explotación SubterráneaCiclo 2008-I

Jun.2008/Ing. F. Grimaldo

METODO DE EXPLOTACION: ACUMULACION (SHRINKAGE)

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DESCRIPCION GENERAL

Aplicado a vetas con altos buzamientos que tengan tanto el mineral y las cajas una buena calidad geomecánica.

En este método el mineral roto se deja temporalmente en el tajeo para proveer una plataforma de trabajo y/u ofrecer un sostenimiento temporal a las paredes del tajeo durante el minado.

Como el mineral SE ESPONJA cuando es roto, es necesario disminuir la carga del tajeo en una cantidad a medida que avanza la explotación, por lo que se hace un JALE PARCIAL.

El mineral roto que va quedando se extraerá completamente cuando se haya minado todo el bloque: JALE FINAL.

El tajeo puede quedar vacío o ser rellenado.

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APLICACIONES ADICIONALES DEL METODO:

A métodos semi shrinkage en tajeos sostenidos por pilares (mineral roto se mantiene temporalmente y usa como plataforma de trabajo, pero sin ofrecer sostenimiento a las paredes);

y también acumulación de taladros largos, que mantienen la carga temporalmente en el tajeo sin que se utilice como plataforma de trabajo.

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CONDICIONES DE APLICACIÓN DEL METODO

Geometría

Veta definida en términos de buzamiento y ancho regular a lo largo de su estructura.

El buzamiento ideal es de 70º a 90ºBuzamientos < 70o: Necesita sostenimiento de la caja techoBuzamiento de 45º a 50º NO puede aplicarse el método, salvo semi shrinkage.

El ancho mínimo: fijado por el espacio de trabajo requerido en el tajeo –generalmente es casi 1 m. Si veta es muy angosta se extrae con una o ambas cajas con dilución. Tajeos más angostos son menos adecuados, ya que quedan puentes de mineral, provocando problemas de seguridad y menos recuperación.

Anchos prácticos: de 3 m hasta 30 m, dependiendo de la competencia del mineral y su capacidad de autosostenerse.

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Geometría …. (continua)

Vetas anchas y mineral masivo se han minado por shrinkage con paneles transversales separados por pilares en la misma dirección (que se abandonan o recuperan por otros métodos).

Es pre requisito que regularmente a lo largo de la veta no hayan obstrucciones para el flujo de mineral roto.

Se aceptan puntales si el buzamiento es más de 45º a 50º.

Los ramales que salen de la caja piso o caja techo pueden ser minados con este método sin afectar la continuidad del método.

Los shrinkage con taladros largos son menos flexibles y menos selectivos en su habilidad para acomodar estas irregularidades.

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Condiciones del terreno

La caja debe ser sumamente fuerte para tener un sostenimiento mínimo.

Durante el minado, el deslizamiento de paredes es restringido, el mineral roto le brinda resistencia al cierre de las paredes del tajeo. Si ocurre puede causar pérdidas de mineral.

Las paredes también pueden reforzarse con pernos en cada corte en un shrinkage convencional, pero no en la variante de taladros largos.

El mineral debe ser competente para permanecer sin sostenimiento a lo largo del tajeo, aunque puede emplearse sostenimiento artificial temporal.

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Condiciones del terreno (continua)

Características físicas o mineralógicas pueden restringir el diseño del tajeoy/o planeamiento de la operación, por ejemplo:

• Minerales cohesivos o que se cementan en presencia de agua, presión de paredes y/o reacción química, complican la extracción.

• Los minerales piríticos que se oxidan rápidamente en los tajeos pueden generar calor, y riesgo de incendio.

• Sulfuros que se oxidan en el tajeo, afectan recuperaciones metalúrgicas.

• Minerales radiactivos que exudan radón, causan problemas de ventilación.

Estos problemas se minimizan limitando el tamaño de tajeos, el tiempo de tajeado y jalando rápidamente la carga rota.

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DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL METODO

DESARROLLO

Niveles de acarreo a intervalos de 30 m o menos en una longitud de 200 m. Generalmente las vetas muy inclinadas, angostas o irregulares requieren espaciamiento cercano entre niveles para minimizar problemas de jales erráticos.

Alternativamente, si las vetas son muy largas (y por ende grandes distancias de acarreo), pueden desarrollarse con uno o más subniveles entre los niveles principales, con un sistema independiente de jale de mineral y echaderos necesarios para transferir el mineral a los niveles principales de acarreo.

Si fuera el caso se fija una altura máxima de tajeo para consideraciones de control de extracción y raramente excede los 75 a 100 m.

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DESCRIPCIÓN DETALLADA

Desarrollo (continua)

Los puntos de extracción (draw points) son los que proveen el control de avances de los tajeos y la recuperación del mineral roto. El mineral es jalado del tajeo a través de chutes, o drawpoints espaciados de 5 a 15 m de centro a centro.

Un espaciamiento menor requiere más preparación pero minimiza la cantidad de mineral que se queda en el tajeo y permite que la carga en el tajeo tenga una superficie más uniforme (se acepta superficie desnivelada si aplica taladros largos).

Se acepta mayor espaciamiento si el pilar será recuperado, o si se puede limpiar la carga con seguridad al final de la explotación (uso LHD a control remoto).

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VISTA EN PLANTA

SECCION LONGITUDINAL

SECCION TRANSVERSAL

Chimenea servicio

Drawnpoints

Galeriaacarreo

Pilar

Mineral in situ

Mineral roto

Mineral roto

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TIPOS DE PREPARACIONES

Tipo 1: Galería sobre veta. Se toman uno o dos cortes fuera de la galería y se limpian para el nivel de tracción. Se instalan cuadros o arcos de acero con chutes (madera o acero) y el tajeo empieza encima del enmaderado. No se deja pilares y no se requiere desarrollo en desmonte. Costos de instalación y mantenimiento altos; el acarreo es restringido al cargar chutes (colgados, chutes disparados, atracados, pobre seguridad, etc.); y se requiere mucho laboreo. Aplicado a vetas muy angostas (al ancho de galería o menos).

TOLVA CON COMPUERTAVETA

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Tipo 2: Galería sobre veta. Pequeñas chimeneas se hacen sobre el buzamiento, a un espaciamiento determinado y dirigidos a interceptar al rumbo, formando el tajeo sill. Se instala un chute en el collar de cada chimenea. El ejemplo A aplica en este caso, excepto que los costos de instalación y mantenimiento son reducidos por dejar algo de mineral como pilares. La recuperación del pilar destruye el acarreo.

SECCION MOSTRANDO

CONSTRUCCION INCLINADO

VETA

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Tipo 3: Galería de acarreo sobre la veta en la caja techo. Pequeños cruceros de 45º a 90º hacia la veta. Una chimenea se hace de un extremo de cada crucero, de allí se hace un subnivel uniendo todos los cruceros, para formar el sill. Los puntos de carguío son limpiados con equipos LHD. Se incrementa el trabajo en el desarrollo, y corrida sobre desmonte. Permanece restricción de acarreo.

VETA

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Tipo 4: Galería de acarreo se transformará en el sill del tajeo sobre veta, y se hace una galería en paralela detrás del mismo sill sobre desmonte (caja piso), dejando pilares de desmonte de 3 a 10 m entre ambas galerías. Se conectan ambas con cruceros de 45º a 90º (drawpoints). No se dejan pilares sobre mineral y la galería de acarreo permanece intacta; sin embargo, se requiere un considerable desarrollo sobre desmonte. Si la veta es al menos 3 veces el ancho de la galería, ambas galerías podrían hacerse sobre mineral.

VETA

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Tipo 5: Galería y un pequeño subnivel de acarreo sobre veta encima del nivel de acarreo dejando un pilar de 3 a 10 m. Los drawpoints son desarrollados desde el subnivel y el tajeoempieza como se describe en el Tipo 3. El subnivel es usado para mover la carga a un echadero central. Tajeado independiente del acarreo. Mayores desarrollos.

Tipo 6: Galería de acarreo paralela a la veta en la caja piso. El desarrollo de los drawpointssigue el tipo 5. No se deja pilar y la galería de acarreo no es obstruida por las actividades del tajeo y permanece intacta después que termina el tajeado; sin embargo, el burden de desarrollo es relativamente pesado.

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CHIMENEAS DE ACCESO AL TAJEO Y VENTILACION

Son posibles una gran variedad de desarrollos verticales y otras combinaciones.

A.T. Tipo A: Después de cada corte del tajeo, se colocan puntales de madera en intervalos verticales de 1 a 2 m desde la caja piso a la caja techo. Los puntales son acomodados verticalmente para formar un compartimiento de 3 lados. La chimenea avanza con el buzamiento del tajeo. No se requiere desarrollo vertical y el tajeo puede avanzar ciego. Si tal chimenea va a ser el acceso primario, el equipamiento por escaleras, tuberías, mangas de ventilación, etc. Deben ser instalados a medida que avanza el tajeo.

A.T. Tipo B: Igual que el caso A, pero se hace una chimenea con madera en sus cuatro lados se avanza sobre el buzamiento del tajeo.

A.T. Tipo C: Chimenea de nivel a nivel sobre la veta y “huecos de perro” se dirigen en ambas direcciones de la chimenea espaciados verticalmente (5 a 10 m). La chimenea es equipada totalmente con pasadizos, facilidades, etc. Como parte del desarrollo normal. Cada chimenea sirve a dos tajeos. El ingreso a los tajeos se hace a través de estos “huecos de perro” a medida que avanza el tajeo hacia arriba, las cuales son comunicadas desde el tajeo.

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SECCION LONGITUDINAL MOSTANDO EL INICIO DEL TAJEO

1o) Construir chimeneas cortas, espaciadas cada 5 metros aproximadamente

2o) Construcción de tolvas desde la galería

3o) Intercomunicación de chimeneas

Para la intercomunicación se ingresa por la chimenea de acceso.

4o) El techo irregular es igualado por medio de un disparo a todo lo largo y el material roto rellenará las tolvas.

Chimenea de acceso

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CHIMENEAS DE ACCESO AL TAJEO Y VENTILACION(continua)

A.T. Tipo D: Chimenea de nivel a nivel cerca a la caja piso. Se hacen “huecos de perro” para comunicar al tajeo en forma similar al Tipo C. En este caso no quedan pilares y la chimenea queda intacta.

A.T. Tipo E: Chimenea de nivel a nivel en la mitad del tajeo para echadero de mineral a lo largo del rumbo. La chimenea permanece abierta hacia arriba, pero se destruye a medida que se va tajeando.

A.T. Tipo F: Chimenea de nivel a nivel sobre mineral o sobre la caja piso, entre las chimeneas descritas entre C y D. Si está en mineral el tajeado se para antes y por allí pasa la ventilación. Si está en desmonte se continua el tajeado, produciendo algo de dilución cuando se comunica al mineral. La chimenea permanece abierta.

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TAJEO DE EXPLOTACION SHRINKAGE (normal)

Los tajeos se avanzan manteniendo un techo usualmente plano. Configuraciones inclinadas suavemente, onduladas o en pasos pueden ser ventajosas dependiendo de la ubicación y espaciamiento de los draw points, el ancho de la veta, accesos al tajeo y el esquema de ventilación.

Perforación vertical con stopers y es preferible al breasting particularmente en vetas angostas y de alto buzamiento, siendo todo el tajeo perforado de una sola pasada, minimizando el tiempo perdido. Perforaciones se hacen a todo lo largo del tajeo y la voladura en tandas que no afecten la continuidad del tajeado

El breasting puede ser más conveniente si las vetas son más anchas, sin embargo la fragmentación puede ser más pobre. Las posibilidades para mecanizar la perforación son limitadas debido a la superficie desnivelada, pero pueden usarse los equipos montados sobre orugas.

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SECCION MOSTRANDO LA DISTANCIA AL TECHO Y LA PERFORACION CORRECTA

VETA

PUNTAL DE MADERA Y ENTABLADO

MINERAlLROTO

2.10 METROS

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Tajeo de explotación

Shrinkage (normal) ….CONTINUA

Los sostenimientos de las cajas más allá de lo aportado por el mineral roto, puedencolocarse pernos y/o dejar pilares (estos son pequeños y de forma de una lágrima) ubicados de tal forma que no perjudiquen la extracción.

El jale de la carga es una actividad requerida luego que se dispara cada tanda de taladros. Existe un alto riesgo de atraque cuando se forman puentes o queda mineral roto colgado en el tajeo. Si tal condición no es detectada, el personal que está encima del tajeo puede ser “chupado”, bajo los efectos de la filtración de agua o por la vibración de la perforación.

Por consiguiente, es recomendable que el control sea observado minuciosamente por el personal autorizado y especializado.

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Cálculo del jale parcial en el Shrinkage

Esponjamiento: luego de la voladura, hay aumento de volumen y disminución densidad.

Ejm. Si se tiene una veta de 1 m de potencia, densidad in situ de 3 t/m3, densidad material roto de 2 t/m3, se dispara en tandas que cortan 1.5 m de alto x 10 m de largo. Calcular el esponjamiento y cuánto se debe jalar en un tajeo shrinkage.

Volumen in situ = 1.5 x 1.0 x 10 = 15 m3 Tonelaje = 15 x 3 = 45 tonVolumen roto = 45 ton/ 2 = 22.5 m3

Luego el incremento de volumen = 22.5 – 15 = 7.5 m3, por lo tanto el factor de esponjamiento = 7.5/15 = 50%

Altura de la carga rota = 22.5/(10x1) = 2.25 mSi inicialmente se tenía 2 m de altura libre + 1.5 m del disparo, Htotal = 3.5 mLuego del disparo solo queda libre h = 3.5 m – 2.25 m = 1.25 m

Entonces por las tolvas se deberá jalar la carga hasta que esta nuevamente deje libre en el tajeo la altura de 2 metros.

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Shrinkage con taladros largos

Aquí los mineros no trabajan sobre carga y el mineral roto es solo retenido en el tajeo para soporte temporal. El método se adapta a disparar taladros largos y avanzar en retirada, empleando la voladura por cráteres.

Preparación: drawpoints y sill en la parte superior y un corte inferior, pero sin desarrollo vertical. Para la perforación se emplean DTH, haciendo taladros paralelos de 40 a 80 m.

Explotación: Una vez disparado, se jala la carga de mineral para mantenerla algunos metros debajo del tajeo, en este método el jale es independiente del carguío y la voladura. Se mide a través de los taladros para verificar alturas de corte y carga acumulada.

Para su aplicación es pre requisito regularidad de la veta y tener alineamiento y perforación segura de los taladros, así como el diseño de la malla y el diámetro de los taladros.

La perforación es mecanizada montada sobre orugas y para la extracción se emplean LHDs.

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EXTRACCIÓN FINAL

Al final queda aproximadamente de 60% a 70% de mineral roto, el mismo que usualmente se inicia su extracción al completar el minado del tajeado.

Es recomendable tener accesos pequeños cerca al punto de extracción (debajo de la caja piso), para por allí poder meter agua a presión de tal forme que ayude a desatracar la carga cuando esta ocurra.

Es recomendable hacer un jale parejo en todos los drawpoints, en forma secuencial y controlada a lo largo de toda la longitud del tajeo.

Los tajeos vacíos pueden ser rellenados con desmonte o relaves, dando más seguridad y evitando los derrumbes o futuros colapsamientos.

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EJEMPLO SHRINKAGE

Se tiene el siguiente tajeo de 50 m de altura y 100 metros de largo, ancho veta 1 m, densidad 3 t/m3:

V = 50 x 100 x 1 = 5000 m3; T = 5000 x 3 = 15 000 t

Cantidad de taladros = 100/0.6 m = aprox. 170 taladrosRendimiento = 20 taladros/perforista, a 2 cuadrillas = 40 taladros/guardia o 80 taladros/díaDías perforación = 170/80 = 2 días

Si cada corte tiene 2.5 metros de altura => 20 cortes; luego: Tareas perforación = 20 x 8 tareas = 160

1 cuadrilla/turno = 2 perforistas, 2 camperos, 2 disparadores. Esto hace 12 hombres día.Si hacen 2 cortes por mes = 10 meses por tajeo. Tareas por mes = 25 x 12 x 10 meses = 300 tareas

Producción por mes = 15000 t/10 meses = 1500 t/mes; Jale por mes = 500 t/mes

50 m.

100 m.

TAJEO EN EXPLOTACION

4 pies

4 pies

MALLA DE PERFORACIÓN

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EJEMPLO DE PRODUCCION CON SHRINKAGE

Si la mina debe producir 15000 t/mes

5 tajeos en rotura = 5 x 1000 = 5000 t -------- 12 hombres x 5 = 60 hombres3 tajeos en jale = 3 x 3000 = 9000 t -------- 6 hombres x 3 = 18 hombres3 tajeos en preparación = 3 x 330 = 1000 -------- 4 hombres x 3 = 12 hombres2 desarrollos -------- 6 hombres x 2 = 12 hombres

TOTAL = 15 000 t/mes -------------- 102 hombres/día

Cantidad de tareas por mes = 102 x 25 = 2500 tareas

Productividad = 15000 / 2500 = 6 ton/h-g

Una buena productividad con el método de acumulación (shrinkage) sería alcanzar las 10 ton/h-g, a un costo de US$ 10 a 15/ton.

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PRODUCTIVIDAD Y COSTOS

En shrinkage convencional (roca dura) en vetas irregulares los costos directos varían de US$ 10 a 15 por tonelada y productividades menores a las 10 t/h-g.

En vetas muy angostas de mecanización limitada: productividad es muy baja, por lo que depende mucho de la habilidad del minero. Excesiva labor y altos costos.

Con taladros largos puede alcanzar las 20 t/hombre-guardia con costos directos de 1 a 2 US$ por tonelada. Hacer una cuidadosa selección del equipo, buen entrenamiento técnico a mineros y personal de mantenimiento, supervisión muy cuidadosa. El planeamiento y el control de la producción son de alta importancia.

Por la amplia variedad de configuraciones de tajeos y variabilidad de costos, es prudente analizar individualmente cada caso. Donde se cuestiona la aplicabilidad o se estiman costos marginales, solo se implementa al tener un análisis detallado.

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Ventajas y Desventajas

Deben compararse con el método alternativo al shrinkage: tajeo por subniveles o corte y relleno.

El shrinkage es el único que deja unos 2/3 de la producción total en el tajeo una vez que se termina el minado. Representando un capital inamovible, cuyos costos financieros deben ser cargados al método.

EJEMPLO

La mina Casapalca (Cerro de Pasco Corporation) tenía 700 000 t de mineral acumulado: 400 000 t en jale, 200 000 t en proceso y 100 000 t en preparación.

Si consideramos un valor de mineral de US$ 50/ton, ello implica que se tenía un capital inmovilizado de US$ 35 millones.

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Pero puede revertirse al considerarlas como “reservas rotas” acumuladas.

Esta acumulación de mineral también permite:

• la oportunidad de hacer un minado selectivo,

• de asegurar una producción uniforme tanto en leyes como en tonelaje (mejor blending), independientemente de la actividad en el tajeado;

• o rápidamente incrementar o disminuir la producción para tomar ventaja del transporte, molienda, o condiciones de mercado sin un cambio súbito en la actividad del tajeado.

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Ventajas y Desventajas (continua)

Comparado a un tajeo por subniveles, el shrinkage convencional es de mayor costo, requiere mineral más competente, laboreo más intensivo, es menos fácil de mecanizar y tiene pobre record de seguridad.

Sin embargo se acomodará a cajas menos competente con menor dilución, requiere menor capital de trabajo inicial y menos trabajo para el desarrollo, es generalmente más selectivo y aplicable a vetas o mineral masivo que tiene un mayor grado de irregularidad.

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Ventajas y Desventajas (continua)

El shrinkage con taladros largos y sus variantes, son relativamente nuevos pero prometen alcanzar ventajas del tajeo por subniveles en sus bajos costos, fácil mecanización, seguridad y aplicabilidad a minerales relativamente más débiles mientras mantenga las ventajas del shrinkage.

Comparado a un corte y relleno, el shrinkage es menos costoso, requiere menos desarrollo, y no requiere sistemas de relleno. Pero el C y R puede acomodarse a cajas y mineral más débiles, tiene alto potencial para mecanización, es más selectivo y flexible para acomodarse a irregularidades de mineralización y generalmente tiene una mejor recuperación con menos dilución.

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