Minera subterrnea; Construccin de Chimeneas

Integrantes: Carlos Alballay O. Marjorie Zambra. Docente: Francisco Santo P. Fecha: 17 de junio de 2015.

RESUMEN

Este informe de tronadura explica acerca de la construccin de chimeneas en mina subterrneas, describiendo los diferentes mtodos que se usan, como la construccin de chimeneas con equipos alimak, jaula jora, chimenea convencional, por sistema VCR, de seccin completa, etc.

Para garantizar una buena produccin y desarrollo para la explotacin de una mina subterrnea se realizan una amplia gama de programas que permitirn llevar a cabo todas las labores planeadas, es all donde las chimeneas se utilizan en funciones como ventilacin, transporte de material, acceso de servicios o evacuacin de emergencia, o para construir una labor de exploracin de la mineralizacin encima de un nivel, traspaso de mineral.

Se pueden mencionar dos mtodos de ejecucin:

Manualmente o convencional, En sentido ascendente por medio de andamios o estructuras que permitan a los mineros excavar hacia arriba hasta conectar las dos galeras, realizado con puntuales de avance, plataforma de madera y mquina perforadora stoper.

Con tcnicas mecanizadas de perforacin: Los mtodos que hablaremos caen en esta categora. Equipos Alimak, Jaula Jora, a pulso, VCR, Seccin completa.

INDICE DE CONTENIDOS..

INTRODUCCIN

Para hablar de los mtodos para ejecutar una chimenea primero debemos saber que es una chimenea, una chimenea en minera es una labor vertical entre dos galeras excavada en sentido ascendente. Sus dimensiones son reducidas y poseen una inclinacin no superior a los 45.

Existen variedad de chimeneas, segn sus formas,Dependiendo de su seccin, Tambin dependiendo de su longitud, Cortas: hasta los 50 metros; Largas: de 51 a 100 metros; De gran longitud: mayor a 100 metros.

Objetivo General: Investigacin de cmo realizar una construccin de una chimenea en una minera subterrnea, a travs de los diferentes mtodos existentes, como chimeneas con equipos alimak, jaula jora, chimeneas a pulso, por sistema VCR, seccin completa, etc.

Objetivos Especfico: De acuerdo a los diferentes mtodos existentes, se deben indicar:

-Los equipos utilizados en cada uno.-Explosivos usados o qu tipo de explosivo se utiliza.-Sistemas de disparos.-Forma de proceder para obtener un resultado seguro.-Ventajas y desventajas.-Aplicaciones en las cuales se utilizan.

ASPECTOS TERICOS

En el diseo de una mina subterrnea estos son los parmetros bsicos de diseo que se consideran al momento de realizarse:

Componentes de infraestructura Galeras Estocadas Rampas Desarrollos verticales Chimeneas y piques Tolvas Caserones Pilares Lozas

La infraestructura en una mina subterrnea debe cumplir diversos roles:

-Permitir el acceso a unidades de explotacin (Caserones).-Cumplir con funciones de Extraccin y Transporte de mineral.-Cumplir con funciones de Ventilacin y drenaje mina, Albergar oficinas, taller de mantencin de maquinaria, polvorines, refugios.

Componentes de infraestructura mina

Desarrollos:-Accesos principales (rampa, piques)-Accesos secundarios-Niveles/chimeneas de ventilacinPreparacin:-Niveles de extraccin-Niveles de perforacin-Sistema de traspaso de mineral

1. PLANEAMIENTO DE DESARROLLO PARA SERVICIOS

Los desarrollos de servicios estn sujetos a las mismas consideraciones bsicas que las aberturas de produccin, as como aquellas necesarias para cumplir sus funciones de servicios a la produccin. El nombre del desarrollo es una combinacin de la funcin que cumple, por ejemplo: Chimenea de ventilacin, pique de servicios y para personal, galera de limpieza, pique de emergencias, etc.

En minas subterrneas se desarrollan piques, chimeneas, galeras, teniendo en cuenta el sistema de ventilacin y estas aberturas pueden ser aumentadas o modificadas segn la disponibilidad de energa para poder mover la cantidad necesaria de aire a mnimo costo. Figura N1: Sistema de ventilacin.

Figura N2: Sistema de ventilacin.

2. GRFICAS REPRESENTATIVAS DEL PROGRAMA DE EXPLOTACIN Y DESARROLLO

Para poder comprender con una mayor facilidad las distintas etapas en los programas de explotacin y desarrollo, cada empresa realiza grficas para poder sintetizar las distintas labores que se irn generando a lo largo de lo que duren las labores mineras. Figura N3: Red de actividades de preparacin y desarrollo.

Figura N4: Matriz de tiempos y resumen de secuencias.

CONSTRUCCIN DE CHIMENEAS POR MTODOS: 1-. JAULA ALIMAK

Se compone de una plataforma/jaula que sube la chimenea por una cremallera empernada a la pared y debido a su gran flexibilidad, economa y velocidad se utiliza para la excavacin de chimeneas y piques. Este equipo est especialmente diseado para la construccin de chimeneas desde 90 hasta 65, los cuales pueden ser con sistema neumtico, elctrico o disel.

En la minera subterrnea, actualmente la plataforma Alimak, se ha convertido en un equipo muy usado, especialmente donde no existe ningn nivel de acceso superior (frente a la jaula hora o raise boring).

Este mtodo se emplea desde 1957 debido a sus caractersticas antes mencionadas se ha convertido en uno de los ms usados en el mundo. Existen dos grandes empresas que fabrican estas plataformas ALIMAK, estas son atlas copco y sanvick. Figura N5: Jaula trepadora Alimak.

Figura N6: Partes del equipo Alimak.

DESCRIPCIN DE LAS PARTES

-Unidad propulsora: con piones engranados a la cremallera de linterna del carril gua la propulsin que en este caso es mediante accionamiento elctrico. Un elemento importante es el freno centrfugo que limita la velocidad de la plataforma trepadora en descenso por gravedad. -Armazn: compuesto por conjunto de rodillos y dispositivos de seguridad que automticamente frena a la trepadora si la velocidad de descenso excede el lmite predeterminado de seguridad.-Plataforma de trabajo: permite a los trabajadores realizar el armado del carril, perforar, cargar, emparejar.-Tambor de enrollamiento: es automtica de manguera o cable que funciona cuando la trepadora asciende o desciende.-Vlvula mltiple: comprende al agua y aire que suministra estos servicios para las perforadoras. -Bomba de alta presin: est compuesta por un sistema de pistones que es accionada por una polea que bombea el agua cuando la presin disminuye o cuando la altura es mayor. -Trepador de servicio: Siempre se debe tener operativo este sistema que es de emergencia y sobre todo para brindar apoyo al trepador principal.-Cabezal de perforacin: es un sistema de almacenamiento de agua y aire de donde parte para la conexin de agua y aire a la perforadora Stoker durante la perforacin.-Cabezal de disparo: es un sistema de proteccin que se coloca al final del carril con el objetivo de protegerlo.

Esta plataforma utiliza un ciclo operativo de cuatro pasos:

1. Perforacin y carga de los barrenos (operacin realizada con martillo perforador)2. Descenso de la plataforma y voladura (cada vez que hay una voladura, hay que retirar la plataforma)3. Ventilacin y riego.4. Elevacin de la plataforma y acua del techo.

La construccin de la chimenea mediante la plataforma trepadora Alimak, netamente comprende: subida de la plataforma, perforacin, descenso de la plataforma, voladura, ventilacin, los cuales pueden observarse en la figura siguiente. Sin embargo la limpieza es tambin una etapa importante dentro de la construccin.

Trabajos previos: Excavacin de la cmara que alojara al sistema ALIMAK. Las cmaras se construirn sobre una galera, una servir para el trnsito de personal y la otra para la limpieza de la carga con el scoop.

SECUENCIA OPERACIONAL

1. Perforacin de la chimenea: Instalada la plataforma se da inicio con la perforacin de la chimenea mediante maquina stoper. En esta etapa se evaluara la calidad de roca desde el punto de vista geo mecnico, para realizar el sostenimiento puntual o sistemtico con pernos helicoidales o splits set.2. Voladura: Los taladros perforados se cargaran con dinamita tanto en el corte como en el resto de la columna. Como accesorio para la voladura se empleara fanel de periodo corto y para el encendido de todos los taladros cordn detonante. Para iniciar el cordn detonante y por razones de seguridad, se utilizara fulminante elctrico conectado a un cable cuya longitud ser igual al de la chimenea que se va excavando y encendido desde la parte inferior en forma automtica.3. Descenso de la plataforma: Antes que se efecte la voladura, la plataforma Alimak debe bajarse solo por gravedad (puesto que la corriente elctrica ha sido cortada), para lo cual la velocidad est limitado por los frenos centrfugo superior e inferior (velocidad de descenso de 18 metros/min), adems del freno de mano y un freno de pie. Tambin cuenta con el sistema de seguridad GA-5 que es el paracadas, algo similar a las leonas en las jaulas de un pique. Como medida de seguridad, el operador antes de descender la plataforma debe revisar todos los accesorios como: fijacin, contracorredera y reajuste del dispositivo de seguridad, piones, correderas, juntas, frenos, equipo telefnico. Durante el descenso revisar el carril gua y verificar que la plataforma no se atore con el muro de roca.4. Ventilacin: Despus de cada disparo, se ventilar la chimenea con aire comprimido y agua, soltando desde la vlvula mltiple y en la salida existe el cabezal de disparo que tiene la funcin de expandir. El tiempo de ventilacin debe ser como mnimo de 20 minutos.5. Limpieza: El material producto de la voladura de la chimenea se deposita en la cmara de almacenamiento cuya

Fragmentacin es variado y la limpieza es efectuado mediante una maquina scoop.6. Desmontaje: Concluida la ejecucin de la chimenea, se realiza un chequeo minucioso en lo que respecta a seguridad y se inicia la recuperacin de los carriles de la parte superior, todo en forma descendente y la integridad de las partes es recuperable y se vuelve a utilizar en una prxima chimenea, adems se debe verificar algunas piezas que tengan cierto deterioro para su reparacin y darle de baja.VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas:-Se puede usar para chimeneas de pequea a gran longitud y con cualquier inclinacin-Es posible cambiar la inclinacin de las chimeneas mediante el uso de carriles curvos.-La preparacin inicial del rea de trabajo es muy reducida.-Se puede construir chimeneas con diferentes secciones cambiando las plataformas siendo posible excavar secciones de 3 m a 20 m.-No necesita un nivel de acceso superior para su ejecucin.

Desventajas:-Requiere de mano de obra especializada.-Al realizar el desmontaje ya no se pueden recuperar algunos de sus componentes.-Cuando se ejecuta chimeneas de gran longitud se tiene problemas con los servicios como cada de tensin, baja presin de agua y aire, etc.

Aplicaciones del mtodo: Chimeneas de ventilacin. Chimeneas de traspaso de mineral. Chimeneas de cara libre. Chimeneas de servicio y acceso.

2-. RAISE BORINGEl Raise Boring tambin llamado Raise Drilling es el sistema de ejecucin de un pozo por medios mecnicos entre 2 o ms niveles. Este mtodo es muy utilizado con el fin de conectar perpendicularmente galeras horizontales. El mtodo que se utiliza para el diseo del pozo, Los niveles pueden ser subterrneos o, el superior, estar en la superficie.El procedimiento, desarrollado en la dcada de los 50 en Estados Unidos, consiste bsicamente en perforar un barreno piloto y luego ensanchar la perforacin hacia arriba mediante una cabeza escariadora.Es un sistema totalmente mecanizado, el cual se debe contar con personal con experiencia para proceder a la operacin, tambin se trata de un mtodo de seccin completa el cual no necesita utilizar explosivos para su creacin.Se han perforado con dimetros habituales entre 2 y 3 m, a unas profundidades de 100 a 200 metros, aunque se han llegado a 6 metros de dimetro y ms de 1000 metros de profundidad.El resultado es una chimenea de seccin completa de forma circular Figura N7: Procedimiento de trabajo Raise Boring.

MTODO DE EXPLOTACIN MECANIZADO RAISE BORING.Consiste principalmente en la utilizacin de una mquina electrohidrulica en la cual la rotacin se logra a travs de un motor elctrico y el empuje del equipo se realiza a travs de bombas hidrulicas que accionan cilindros hidrulicos.Bsicamente la operacin consiste en perforar, descendiendo, un tiro piloto desde una superficie superior, donde se instala el equipo, hasta un nivel inferior.Posteriormente se conecta en el nivel inferior el escariador el cual acta en ascenso, excavando por corte y cizalle, la chimenea, al dimetro deseado.Dependiendo de las caractersticas del equipo el motor elctrico puede ser de 150 HP a 500 HP, este rango de potencias ir directamente en relacin con el dimetro final de escariado y la longitud del pique o chimenea.En este mtodo de excavacin de chimeneas se necesitar contar con dos superficies de trabajo: Al inicio de la excavacin, en la parte superior y al final de la excavacin en la parte inferior. Es decir el mtodo ser aplicable para excavaciones en interior de la mina entre dos galeras o desde superficie a una galera ubicada al interior de la mina.La tecnologa Raise Borer llega a Chile en los aos 70 con la incorporacin de un equipo Raise Borer en Mina El Salvador, el cual excava diversas chimeneas para esa Divisin de Codelco y presta servicios espordicos a faenas mineras en Copiap. Posteriormente en los aos 80 Mina El Teniente incorpora otro equipo a sus operaciones realizando excavaciones de chimeneas en 1,80 metros de dimetro.En el ao 1994, la empresa Kala S.A. del Grupo Master Drilling International, de Sudfrica trae a Chile su primer equipo Raise Borer el cual puede excavar chimeneas y piques en dimetros que van de 1,2 a 3,5 metros, y en longitudes hasta 500 metros con inclinaciones de hasta 40.

DESCRIPCIN DE LAS PARTESMotor Elctrico: Tiene como misin dar la rotacin a la columna de perforacin en las 2 etapas: perforacin piloto y escariado. En la etapa de perforacin piloto la columna rota a una velocidad de 30 RPM y en la etapa de escariado a 8 RPM. Normalmente en potencias de 150 HP a 500 HP, 750 RPM y 550 o 380 Volt, dependiendo del tipo de equipo.Conjunto de Reductores: Conjunto de 3 o 4 transmisiones en base a engranajes y piones planetarios que reducen las velocidades de rotacin a los valores sealados anteriormente, segn la operacin que se est realizando.Sistema de Empuje electrohidrulico: Conjunto de bombas hidrulicas y electrovlvulas de alta presin, alrededor de 3000 PSI, que entrega la presin de trabajo a los cilindros hidrulicos para el empuje en las dos etapas de la operacin.La presin necesaria para la operacin depender de:Longitud de la columna suspendida, calidad geo mecnica de la roca a excavar, calidad estructural de la roca y dimetro final de la excavacin. En general podemos indicar los siguientes rangos de presin de trabajo:Perforacin Piloto: 0 a 3 megapascales.Escariado: 4 a 20 megapascales.

Sistema de Sujecin de la Columna de Barras: Corresponden a componentes mecnicos, tratados trmicamente que tienen como misin sujetar la columna en las 2 etapas de la operacin, transmitiendo la energa de empuje y rotacin a las herramientas de corte.Bases y Cuerpo Principal del Equipo: Componentes fabricados en fierro fundido donde se montan los elementos anteriormente sealados. El conjunto completo es montado en la base de concreto.Conjunto Elctrico: Sistema de componentes elctricos compuestos por transformadores, sistemas de partidas suaves, "soft starter", limitador de torque y sistemas de seguridad que resguardan la rotura o dao de la columna extendida en

Situaciones de partidas y detenciones de rotacin en cualquiera de las etapas.Columna de perforacin: Formada bsicamente por barras, estabilizadores de piloto y de escariado, crossover, stembar y barra de partida.La adecuada combinacin de este material, permite una operacin eficiente y segura.Habitualmente una barra de 11 1/4" de dimetro y 1,50 metros de longitud tiene un peso de 420 kilogramos. Una barra similar a la anterior pero de 10" de dimetro pesa 260 kilogramos.Escariador o Cabezal: Estructura metlica, asimtrica, donde van ubicados los cortadores que dan el rea de corte final de excavacin. Normalmente construido en aceros especiales, conectada a la barra stem, trabaja por empuje y rotacin en forma ascendente, contra el macizo rocoso provocando su ruptura por corte cizalle. El nmero y disposicin de los cortadores definir el rea final de excavacinSECUENCIA OPERACIONAL

Figura N8: Secuencia operacional Raise Boring.

Perforacin de un tiro piloto: Realizada en forma descendente, vertical o inclinada, utilizando como herramienta un corte tricono de rodamientos sellados. El avance de la perforacin se logra agregando barras a la columna de perforacin la cual se estabiliza con barras estabilizadoras de piloto. El detritus producto de la perforacin es barrido con agua a presin impulsada por bombas de 37 a 50 KW de potencia, extrayndolo por el espacio anular que queda entre la pared del pozo y la columna de barras de perforacin. Una altura de salida del flujo de agua, con detritus, o "bailing", de 10 a 12 cm, medida de la salida del pozo, nos indicar un buen barrido. Bajo ese valor ser necesario revisar posibles inconvenientes como: prdidas de agua por el fondo, falta de volumen de agua para barrer o aumento de densidad del material a extraer. En todos esos casos ser necesario agregar aditivos qumicos que nos ayuden con la extraccinNormalmente junto al equipo ser necesario tener dos piscinas de unos 15 m3 cada una para almacenamiento y recirculacin de agua utilizada en el barrido de los detritus. En caso de tener un tipo de roca muy disgregable, en que el barrido con agua no sea adecuado, ser necesario utilizar aire comprimido a alta presin para esta operacin.Habitualmente se utiliza para perforaciones de unos 200 metros de longitud aire comprimido a razn de 900 a 1200 CFM con 200 a 300 PSI.La deflexin o desviacin del tiro piloto depender de la pericia de operacin y de la calidad del macizo rocoso a perforar. La presencia de diques, fallas o discontinuidades en general, tender a provocar mayores desviaciones.2. Escariado o ensanchamiento del tiro piloto: Una vez perforado el tiro piloto y despus retirado el tricono se procede a conectar el cabezal o escariador provisto con cortadores en la galera ubicada en el interior de la mina, donde finaliz la perforacin piloto. El escariador avanza en ascenso, excavando la roca por corte y cizalle.

Normalmente la presin de empuje en la tapa de escariado es de unas 5 veces mayor a la etapa de perforacin piloto. Para retirar el escariador al final de la excavacin existen dos alternativas las cuales son:1) Bajar la columna de barras, desconectar y retirar el escariador por el fondo de la chimenea o pique, a travs de la galera inferior. En este caso ser necesario dejar un puente de roca, no excavado, en la parte superior de 2 a 3 metros dependiendo del dimetro final de excavacin y la calidad geomecnica de la roca excavada.2) Excavar la chimenea completa, retirando el escariador por la parte superior de la excavacin. Normalmente es posible utilizar esta alternativa cuando el inicio del pique o chimenea est en la superficie.Para realizar esta operacin se requiere montar el equipo Raise Borer en vigas metlicas que atraviesen la excavacin circular abierta en superficie, sostener el escariador desconectado de la columna mediante una gra, retiro del equipo, para finalizar con el retiro del escariador.3. Relacin entre el dimetro de perforacin piloto y dimetro de escariado: Existir una relacin entre los dimetros de perforacin que ser determinante para la eleccin del material de perforacin en la excavacin. En la prctica se ha determinado que hasta 2,5 metros de dimetro final de excavacin, utilizar un dimetro de perforacin de piloto de 12 pulgadas es adecuado.En la tabla a continuacin se indica los dimetros de chimeneas ms frecuentes y los dimetros de perforacin piloto utilizados.Figura N9: Tabla de relacin dimetros de trabajo.

VENTAJAS Y DESVENTAJASVentajas: -Mtodo altamente seguro para el personal, ya que todo el comando de la excavacin se realiza a travs de un panel de control fuera de la lnea de cada del material.-El personal no est en contacto con el frente a excavar.-No hay riesgos por uso de explosivos.-Rapidez y productividad. Los rendimientos que se pueden alcanzar no tienen comparacin con lo de otros mtodos de excavaciones de chimeneas.-Mtodo no contaminante por gases de explosivos por lo que no se requiere grandes volmenes de aire fresco en el rea de trabajo.-Gran autonoma. Se pueden excavar chimeneas o piques de grandes longitudes.- Ejemplo: Pique de Ventilacin en Minera Punta del Cobre con 381 metros de longitud, vertical y 3,0 metros de dimetro, finalizado en 112 das de operaciones. Este es el pique de mayor longitud excavado en Chile con este mtodo.Desventajas: En cuanto a los desventajas, la inversin elevada, el costo de excavacin unitario elevado, la poca flexibilidad en dimensiones y cambios de direccin, las dificultades en rocas en malas condiciones y la necesidad de personal especializado.-Necesita de un nivel superior para montar el equipo.-Poca flexibilidad en dimensiones y cambios de direccin no deseados.-Dificultades en rocas de malas condiciones.

Aplicaciones del mtodo:

Chimeneas de ventilacin. Chimeneas de traspaso de mineral. Chimeneas de cara libre. Chimeneas de servicio y acceso.