UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Perú Decana de América)

Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y GeográficasEscuela Académico Profesional

Ingeniería de Minas

Diseño de rampasDiseño de rampas

Minería SubterráneaMinería Subterránea• Utilizado para yacimientos de

mediana y alta ley

• Ritmos de producción 500-50000 tpd

• Más selectivo que el método de cielo abierto excepto por los métodos por hundimiento

• Problemas de diseño:• Geometría de la mina

subterránea

• Estabilidad y soporte

• Ubicación de los accesos

• Logística para el transporte y movimiento de mineral subterráneo

Componentes de una Mina Componentes de una Mina SubterráneaSubterránea

Acceso horizontal (adit, Drift)

Excavación horizontal de acceso a la mina

Piques (shafts)

Excavación vertical de acceso a la mina

Chimenea (Ore passes)

Excavaciones sub-verticales dedicadas al traspaso de mineral, personas y en algunas ocasiones utilizadas como cara libre

Rampas (Declines or ramps)

Son excavaciones horizontales orientadas en espiral con el propósito de conectar dos niveles o acceder a la mina

Caserones (Stopes)

Corresponden a unidades básicas de explotación de las cuales se extrae mineral. En algunos casos estos caserones son rellenados con material estéril.

Esquema de una Mina SubterráneaEsquema de una Mina Subterránea

AB

A

B

A, B Áreas ProductivasRampa

Accesos

Niveles

Sección TransversalSección Longitudinal

Diseño de rampas• El diseño de rampas requiere de conocimientos matemáticos y

físicos que se dictan durante la formación de los profesionales en ingeniería, pero el conocimiento práctico y la experiencia complementan para efectuar un diseño óptimo y acertado; previo a lo dicho se deben ejecutar los niveles principales de acceso y extracción, de 60 90 m. de encampane o desnivel; así mismo, se debe diseñar y planear la ejecución de chimeneas con máquina Raise Borne, en el eje de la rampa o adyacente a esta, a fin de procurarse los servicios de ventilación, líneas de aire, agua, electricidad, además de los echaderos de mineral y desmonte (ore-pass y fill-pass); de esta manera se aumentará notablemente la eficiencia y la velocidad de su ejecución disminuyendo el tiempo de transporte.

Consideraciones para el diseño de Consideraciones para el diseño de rampasrampas

• Procurar que la rampa tenga la menor longitud de desarrollo como sea posible.

• La gradiente debe ser la óptima para desarrollar velocidad de 20 a 30 km7hora y que todos los vehículos no tengan dificultad para subir.

• Los radios de curvatura mínimo deben de tener una amplitud suficiente y necesaria para que todos los vehículos puedan girar libremente sin retroceder y evitar accidentes.

•La sección transversal debe ser la La sección transversal debe ser la óptima para la libre circulación de todos óptima para la libre circulación de todos los vehículos de la mina; compensando los vehículos de la mina; compensando el ancho con la altura, siendo la mínima el ancho con la altura, siendo la mínima posible la altura.posible la altura.•Tratar de evitar trabajos de Tratar de evitar trabajos de sostenimiento, procurando desviar la sostenimiento, procurando desviar la rampa por terrenos con mejores rampa por terrenos con mejores condiciones de estabilidad y auto condiciones de estabilidad y auto soporte.soporte.

Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño

• Se debe preparar un juego de planos topográficos de c/u de los niveles en el que deben encontrarse los mapeos geológicos al detalle; así como la sección longitudinal y secciones transversales del depósito mineralizado.

• Considerar de que en el sistema trackless, las rampas reemplazan a las chimeneas del sistema convencional, en cuanto a la función de acceso, extracción y ventilación; por esto, adyacente a la rampa o en el eje de su trayectoria, se debe diseñar y planear la ejecución de chimeneas de transferencia de minera (ore-passes) y de servicios; por lo tanto, cada tajeo o grupo de tajeos deben tener rampas de acceso. Como los costos de perforación, sostenimiento y mantenimiento son mucho más altos que hacer chimeneas en el sistema convencional, por esto, la longitud de los tajeos debe de ser lo suficientemente largos para justificar y menguar estos costos.

• Por ejemplo: en una mina se divide en niveles, cuyas diferencias de cotas es de 90m. se obtiene la tabla # 1 con el sgte análisis:

Desarrollo de rampas para subir de un nivel a otro con diferencias de cotas de 90m., con diferentes gradientes y sus costos respectivos

AlternativaHa

Gradiente LongitudHorizontal

LongitudInclinada

COSTO U.S. $Unitario Total

1 8% 1,125 1,129 1,200/m 1’355,002 10% 900 905 1,200/m. 1’086,003 12% 750 755 1,200/m. 906,004 14% 643 649 1,200/m. 779,005 16% 563 570 1,200/m. 684,00

• Alternativa Nº1: LH = (90/8)(100) = 1,125m.

• L.I. = √(1,125)2 + (90)2 = 1,129m.

•  

• Alternativa Nº2: LH = (90/10)(100) = 900m.

• L.I. = √(900)2 + (90)2 = 905m.

•  

• Alternativa Nº3: LH = (90/12)(100) = 750m.

• L.I. = √(750)2 + (90)2 = 755m.

•  

• Alternativa Nº4: LH = (90/14)(100) = 643m.

• L.I. = √(643)2 + (90)2 = 649m.

•  

• Alternativa Nº5: LH = (90/14)(100) = 563m.

• L.I. = √(563)2 + (90)2 = 570m.

• Según esta óptica, lo lógico sería diseñar una rampa de 14% o 16% debido a la menor longitud de desarrollo, como: 649m. y 570m. respectivamente

• Para que el equipo pueda rodar con tal resistencia a la rodadura, se requerirá un motor de mayor potencia, mayor consumo de combustible y llantas. Aún pavimentando la rampa de 16% tiene una resistencia a la rodadura superior a la de 14%.

• El siguiente paso es determinar los radios de curvatura mínimos, de acuerdo o en función al equipo que se va a emplear, las dimensiones de las labores y la geometría del depósito mineralizado. En los catálogos de los equipos se especifican estos radios de curvatura mínimos, los que se deben de tomar como pauta para adaptar a cada caso particular de tipo y forma de yacimiento y dimensiones de labores y pilares.

• Luego se tiene también, que determinar el eje de la trayectoria de la rampa en función de la forma o geometría del yacimiento, las condiciones mecánicas del relleno mineralizado y de las rocas encajonantes, también se tiene que considerar el método de explotación por aplicarse, para definir el ingreso a los tajeos y el acceso de los servicios y por último, también se debe considerar el mínimo radio de curvatura durante su desarrollo

• Las rampas rectas, como se puede observar en la figura #1, tienen la ventaja respecto a las de trayectorias combinadas de tramos rectos y cursos, de proporcionar mayor visibilidad a los operadores de equipo pesado y en general a todo el personal que trabaja en la mina, que se moviliza generalmente en vehículos con motores diesel, y con esto evitar riesgos de accidentes; pero se tendría la desventaja de extraerse mucho desmonte, si se desarrolla fuera del yacimiento, o bajar el porcentaje de recuperación, si se desarrolla sobre mineral.

• Las rampas en zig-zag, como se puede apreciar en la figura #2, se compone de una combinación de tramos rectos y curvos, estas se caracterizan por tener 5 tramos por vuelta y repetitivas en las siguientes vueltas; estos tramos se componen, de 3 tramos curvos de un solo radio de curvatura, dos de un cuarto de circunferencia y uno de media circunferencia; además, tiene un tramo recto largo y un tramo recto corto; la diferencia entre el tramos recto largo y corto, es función del buzamiento del yacimiento mineralizado.

• Este diseño es ventajoso en yacimientos compuestos por varias vetas o mantos paralelos de similares buzamientos o en cuerpos mineralizados irregulares; además, permite mejor visibilidad que otras rampas con tramos curvos.

• Las rampas en espiral, como se puede apreciar en la figura #3, se compone de una combinación de un tramo recto y un curvo, estas se caracterizan por tener dos tramos por vuelta y repetitivas en las siguientes vueltas; el tramo curvo se compone de tres cuartos de circunferencia y el recto es función del buzamiento del yacimiento mineralizado.

• Los inconvenientes que puede presentar este tipo de diseño pueden ser:

• El tráfico de volquetes es mayor.• Causa un mayor desgaste de los neumáticos.• Aumentan con respecto a otros diseños, el riesgo de accidentes por

dificultad de visión, cruce con maquinaria, etc.•  • Este diseño es ventajoso en yacimientos compuestos por una sola

veta o manto, así mismo tiene la ventaja de desarrollarse sólo o en la mayor parte de la zona mineralizada.

• En este paso corresponde calcular las distancias reducidas a la horizontal, tanto de los tramos rectos de la rampa, como el de las curvas; para dibujar en el plano la trayectoria longitudinal del eje de la rampa.

• Suponiendo que la gradiente de la rampa sea del 12% y la distancia inclinada entre los puntos AB=DE=L.I. y la distancia inclinada entre los puntos BC=CD=L.I’’, calcularemos la distancia horizontal entre los puntos A’B’ = L.H y B’C’ = R.; así tendremos:

 • L.H. = 0.12 L.I. Para 12% de gradiente

• R= 2 (0.12) LI’’ = 0.24 LI’’ R = 0.24 LI’’

π π π

• Cálculo de las proyecciones curvas de la rampa al plano vertical; como premisa tenemos el radio de curvatura mínimo, que es el radio de curvatura interno de la rampa. La curva se traza en el plano horizontal, como podemos apreciar en la figura # 6, donde se aprecia R2, es el radio de curvatura mínimo o del flanco interno; R1, es el radio de curvatura del flanco externo o el radio de curvatura de la externa y R, es el radio de curvatura del eje de la rampa.

• Calcular y determinar las dimensiones del pilar de la rampa, y dibujar en los planos y secciones.

• Luego se debe calcular la altura de los pasos que deben de ser constantes y cuyo número de pasos debe guardar relación con la altura de nivel a nivel. También se debe calcular la longitud de cada curva o vuelta, así como la longitud de los tramos largos y los tramos cortos de las rectas, en función del buzamiento del depósito mineralizado

• Luego se ubican las chimeneas. • Seguidamente se deben de ubicar los accesos a tajeos a partir de

la rampa principal, preferiblemente, desde los tramos rectos. Durante el desarrollo de la rampa principal, la ubicación de los futuros accesos a los tajeos servirían de cámaras de carguío de los camiones de acarreo si no se tuvo el criterio de perforar previamente las chimeneas de echadero (ore pass).

• Dibujar las rampas en planta y en secciones, sobre copias de planos topográficos, para correlacionarlas el diseño con la topografía y las estructuras mineralizadas.

• Diseño de Rampa en Espiral en la Mina Cobriza Características•  • Cuando se iniciaron las operaciones en Cobriza el diseño de las

rampas fue en espiral, con las siguientes características:• Radio de curvatura: 14m.• Paso: 12m.• Gradiente: 12%• Desarrollo sobre mineral: 86%• Desarrollo sobre desmonte: 14%• Pilar: 72m.• Las chimeneas de servicio y pre-pass se encuentran al costado de

la espiral.

• Diseño de Rampa en Zig-Zag en la Mina Cobriza• A principios de los años 80, al iniciarse el proyecto de expansión

para extraer 10000 t/día se cambió las características de las rampas las siguientes:

• Radio de curvatura: 14m.• Paso: 24m.• Gradiente: 12%• Ancho de pilas: 52m.• Desarrollo sobre mineral: 44%• Desarrollo sobre desmonte: 56%• La chimenea de ore-pass o echadero, se hace dentro del centro de

figura del zigzag y la chimenea de servicio se perfora al costado del zigzag.

1.4.- Operaciones Mineras Fases:- Exploración- Desarrollo- Explotación- Transporte.