Riesgos en mina subterránea

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Qué es la planificación?


La planificación será un proceso de adaptación a los inevitables cambios o ciclos, lo que nos permite anticipar el posible futuro. La planificación también sirve como un estilo de dirección pues requiere de una actitud mental y laboral más técnica ya que nos permite establecer una decisión o elección previa pues es creer y desear hacer algo que sucederá, sin embargo hay q ser cauto pues no hay q confundir el deseo con la realidad.

La definición según el Diccionario de la Real Academia nos plantea lo siguiente:

Planificar una empresa es organizarla conforme a un plan determinado. Planificar significa literalmente, hacer planes si estos además se documentan adecuadamente, se denomina proyectos. Proyectos es un conjunto de planos y documentos que permiten realizar una acción por un equipo de personas diferentes al que la ha planificado.

Los tipos de planificación que se efectúan en una empresa y en función de las áreas en que se tendrán q tomar decisiones son:

  • Planificación Operativa
  • Planificación Administrativa
  • Planificación Estratégica
  • Planificación Operativa:


    es aquella que actúa sobre los factores de suministro, conversión, producción y comercialización para lograr los productos requeridos en el tiempo, lugar y precio, así como para su promoción y distribución.

Suele dividirse, consecuentemente, en función del tiempo (corto, mediano y largo plazo) en función del espacio (áreas, niveles, secciones, zonas geográficas, etc.) o por el valor comercial (calidad, densidad económica de los productos, primarios, secundarios, etc.)

  • Planificación Administrativa:


    es la que relaciona las entradas (inputs) de la empresa (personas, materiales, maquinas, capital, administración, dirección)
    estudiando sus necesidades y sus distribuciones relativas para lograr el óptimo producto y el equilibrio y armónía entre ellas, preparando los programas correspondientes de:
  • Formación de personal
  • Abastecimiento o disponibilidad de materias primas
  • Selección y mantenimiento de procesos y maquinaria
  • Financiación, resultados y tesorería
  • Selección y captación de personal directivo
  • Investigación tecnológica y de mercado
  • Planificación Estratégica:


    Corresponde a la alta dirección de una empresa, actúa fundamentalmente sobre las salidas (outputs) de la empresa, esto es sobre aquellas decisiones previas que determinan la naturaleza misma y la dirección del negocio. Es decir, esta planificación debe considerar no solo los grandes objetivos, sino los planes, la captación de recursos y los medios para lograr lo anterior. No es solamente donde ir, sino también como ir y que debe ser la empresa, de acuerdo con los medios realmente disponibles o factibles.

Diferencia entre planificación estratégica y a largo plazo


Etapas del proceso de una planificación minera

  1. Determinación de los objetivos mineros a conseguir.
  2. Desglose de los objetivos en el subojetivos específicos en tiempo y dimensión.
  3. Desarrollo de las alternativas posibles.
  4. Comparación entre las diferentes alternativas.
  5. Valoración de las alternativas en tiempo.
  6. Valoración de las alternativas en presupuesto.
  7. Elección provisional de las alternativas más convenientes.
  8. Medición de las consecuencias adversas de la alternativa.
  9. Toma de la decisión final.

Periodo de duración de un plan minero

En función de la diferente precisión e los datos y de la escala espacial de los mismos periodos el plan minero a completar de una explotación, grande o pequeñas se descompone:

  • PROYECTO de 15 a 30 años (largo plazo)

  • PLAN DE PRODUCCIÓN de 3 a 5 años (medio plazo)

  • PLAN DE LABORES de 1 año (corto plazo)

Los tiempos correspondientes a cada planificación (largo, mediano y corto plazo) estarán en función de la vida útil establecida a priori de la mina.

Parámetros utilizados en la planificación

Económicos:


personal, infraestructuras, equipos, mantenimiento, insumos, estimación de costos globales de la operación, estimación de precios de venta del producto, restricciones medioambientales, deducciones, fletes, arbitrajes, descuentos por tratamientos externos, etc.

Diseño:


etapas de explotación, parámetros geométricos, parámetros geométricos.


Geométricos:




  • Identificar los sectores geológicos, sus carácterísticas estructurales y modo de deslizamiento, permite:
  • Determinar la altura y ángulo máximo para diseño de inter-rampa
  • Determinar la geometría del banco
  • Incorporar la geometría del banco dentro del diseño de inter-rampa
  • Diseño ángulo final o general.

Banco:


es el modulo o escalón comprendido entre dos niveles que constituyen la rebanada que se explota de estéril y/o mineral, y que es objeto de excavación desde un punto del espacio hasta una posición final preestablecida.

Altura de banco:


es la distancia vertical entre dos niveles o, lo que es lo mismo, desde el pie o para del banco hasta la parte más alta, cabeza o cresta del mismo.


Talud de banco:


es el ángulo delimitado entre la horizontal y la línea de máxima pendiente de la cara del banco.

Ángulo inter rampa:


es el ángulo formado entre la línea que une los pies de cada banco con la horizontal, el mismo está relacionado con la estabilidad global de un pit en función de las rampas de acceso al mismo.

Limites finales de la explotación:


son aquellas situaciones espaciales hasta las que se realizan las excavaciones. El límite vertical determina el fondo final de la explotación y los limites laterales los taludes finales de la misma.

Talud final de explotación:


es el ángulo de talud estable delimitado por la horizontal y la línea que une el pie/pata del banco inferior y la cabeza/cresta del superior.

Berma:


son aquellas plataformas horizontales existentes en los límites de la excavación sobre los taludes finales, que ayudan a mejorar la estabilidad de un talud y las condiciones de seguridad frente a deslizamientos o ciadas de rocas.

Pistas-Caminos:


son las estructuras varias dentro de una explotación a través de las cuales se extraen los materiales, o se efectúan el movimiento de equipos y servicios entre diferentes puntos de la misma. Se caracterizan por su anchura, pendiente y su perfil.

Ángulo de reposo de material: es el talud máximo para el que es estable sin deslizar el material suelto que lo constituye y en condiciones de drenaje total, después de vertido.

Diseño de explotación

Estabilidad de taludes

La importancia de los estudios geotécnicos está en funciones de las condiciones geométricas (altura del talud general, de banco y ángulos de talud). Los factores más importantes que afecta a la seguridad de las operaciones son:

  • Caída o deslizamiento de materiales sueltos.
  • Colapso parcial de un banco.
  • Colapso general del talud de la excavación.

Las recomendaciones para el control y eliminación de estos y otros riesgos pasan por la puesta en práctica de los estudios necesarios para definir y dimensionar las siguientes medidas:

  • Diseño adecuado de bancos y plataformas para retener los desprendimientos de materiales.
  • Determinación y mantenimiento adecuado de taludes generales en condiciones seguras.
  • Control de voladuras en el perímetro de la excavación, de cara a reducir los daños en el macizo remanente.
  • Aplicación de sistemas de drenaje efectivo de los macizos para reducir los esfuerzos originados por el agua.
  • Saneo sistemático y efectivo de materiales colgados.

Los estudios previos necesarios para garantizar la estabilidad del diseño geotécnico de un talud implican una caracterización del macizo rocoso objeto de la excavación a partir de:

  • Los sistemas de juntas y discontinuidades.
  • La relación de estos y la excavación con los posibles planos de rotura.
  • Los parámetros resistentes de las juntas, las carácterísticas y propiedades de sus superficies, así como los materiales que las rellenan.
  • Las propiedades geomecánicas de la matriz rocosa.
  • Las carácterísticas hidrogeológicas y las presiones de agua en juntas y fracturas.
  • Efecto de las vibraciones sobre los macizos residuales.

En caso de taludes rocosos, las superficies de rotura pueden determinarse a partir de las discontinuidades preexistentes en el macizo.

En caso de macizos poco cogerentes del tipo suelo, la experiencia ha demostrado que las roturas son de tipo circular. En los macizos rocosos muy fracturados y de manera aleatoria, o donde el talud general varia con respecto a la estructura, las superficies de rotura son muy complejas, pudiendo ser compuestas y formadas parcialmente por discontinuidades próximas a la superficie de deslizamiento y, por otro lado, por fracturas nuevas en la roca intacta. En caso de una fractura intensa, el grado de imbricación de bloque y sus posibilidades de movimiento juegan un papel importante, pudiendo adoptarse la hipótesis de rotura circular.

Estabilidad de equilibrio limite (basado sobre la mecánica de sólidos indeformables), el riesgo de colapso de un talud se mide en términos del llamado Coeficiente de Seguridad F, que es la relación entre el conjunto de las fuerzas resistentes y las desestabilizadoras que provocarían la rotura del talud. La selección de un valor de F mayor implica una disminución de riesgo, pero supone en general taludes más tendidos.

El valor de F = 1 señala la frontera en la cual un talud es, o deja de ser, estable. La necesidad de utilizar valores de F > 1 surge como consecuencia de los siguientes factores:

  • La posible existencia de carácterísticas geológicas y/o estructuras adversas que puedan afectar a la estabilidad del talud y que no han sido detectadas en el estudio geotécnico.
  • Posibles errores en los ensayos de caracterización de los materiales del macizo.
  • La variabilidad de las propiedades de los materiales dentro del macizo en estudio.
  • La determinación y variabilidad estacional de las presiones de agua en el talud.
  • Errores derivados de los supuestos de rotura utilizados.
  • Errores de cálculo.

Los valores que se adoptan varían en función de las consecuencias que resultarían de un colapso, así como del nivel de confianza en los datos utilizados. Debido a las elevadas implicaciones económicas, la selección de un coeficiente de seguridad F próximo a 1,3 puede ser adecuado para taludes cuya estabilidad no se considere a largo plazo, mientras que si tales condiciones son críticas o permanentes, F debe ser del orden de 1,5 a 1,6.

Según sea la estructura geológica de los macizos, las variaciones de F con el ángulo de talud pueden ser continuas o discontinuas. Se ha comprobado que los taludes con superficies convexas son más inestables que taludes con superficie cóncavas. En ésta última es posible aplicar la regla empírica: si el ángulo de curvatura de un talud cóncavo (medido en el pie del mismo) es inferior a su altura, la pendiente resultante del cálculo bidimensional puede aumentarse 10º, mientras que en un talud convexo, habrá que disminuirlo en esa misma magnitud.


Dimensiones y Orientación de los bancos


Una vez definida las pendientes estables de los taludes generales, se pasa a estudiar la geometría de los bancos, que dependerá de las configuraciones de los taludes y su orientación relativa respecto a la estratificación o familias de discontinuidades dominantes.

Altura de banco

La altura de los bancos se establece, generalmente a partí de las dimensiones de los equipos de excavación y carga, las carácterísticas del macizo rocoso y de las exigencias de selectividad de la explotación.

Como condicionante para establecer la altura de banco es el equipo de carga y la altura máxima que alcanza el cucharón.
Este criterio permite utilizar la pala o excavadora para sanear cualquier punto del frente y mantener unas condiciones de seguridad aceptables.

Ventajas de alturas de banco mayores:


  • Mayor rendimiento de la perforación al reducirse los tiempos muertos de cambio de posición y una menor repercusión de los costes relativos a sobre perforación y explosivos.
  • Una geometría de voladura optima, dentro de las tendencias actuales hacia mayores diámetros de perforación.
  • Mejora de los rendimientos de los equipos de carga al reducirse los tiempos muertos por cambio de tajo, así como por desplazamientos del equipo dentro del mismo.
  • Menor número de bancos y, por tanto, mayor concentración y eficiencia de la maquinaria.
  • Infraestructura de accesos más económicos por menor número de niveles de trabajo.

Ventajas de altura de banco reducidas:


  • Mejores condiciones de seguridad para el personal y maquinaria, pues el alcance de las maquinas permite un mejor saneo y limpieza de los frentes durante la operación.
  • Control más efectivo de las desviaciones de los barrenos, especialmente si se utilizan perforadoras de martillo en cabeza.
  • Menores cargas operantes de explosivos, por lo que, con secuencias de encendido adecuadas, disminuyen los problemas de vibraciones y de onda aérea.
  • Mayor rapidez en la ejecución de rampas de acceso entre bancos.
  • Mejores condiciones para la restauración y tratamiento de los taludes finales.

Dimensiones de plataforma de trabajo

La anchura mínima de banco de trabajo es la suma de los espacios necesarios para el movimiento de la maquinaria que trabaja en ellos simultáneamente, de tal manera que sea suficiente mente amplia para permitir que los equipos maniobren con facilidad sin aproximarse innecesariamente a los taludes o crestas. Se debe considerar la construcción de bermas o pretiles de contención como barrera física ante el despiste de algún equipo; generalmente la altura de los pretiles debe ser al menos 2/3 del diámetro de la rueda del equipo de mayor porte.


Bermas

Las bermas se utilizan como plataforma de acceso en el talud de una excavación y también como áreas de protección al detener los materiales que pueden desprenderse de los frentes en los bancos superiores, hasta camino minero o zonas de trabajo inferiores. Por consiguiente, las carácterísticas y dimensiones de las bermas definitivas deberán ser justificadas por cálculo, para lo que deberá conocerse la inclinación de las superficies de rotura de los bancos y ángulo de reposo del material fragmentado.

La altura o separación entre bermas es función del talud de cara del banco y de las dimensiones de los equipos existentes. Si el citado ángulo es inferior a 45º y los materiales que lo configuran son de tipo lajoso, su caída tendrá lugar por deslizamiento, recomendándose dejar una ver, a cada tres o cuatro bancos. Normalmente, con ángulos del orden de 75º, voladuras correctamente realizadas y carácterísticas geomecánicas del macizo adecuadas, es frecuente recomendar una berma cada dos o tres bancos. En el supuesto de conocerse la inclinación de las superficies de rotura de los bancos y el ángulo de reposo del material fragmentado, es posible dimensionar lasa bermas para evitar caídas a niveles inferiores.

Caminos y Accesos

El diseño de los caminos debe ser tal que las unidades de transporte utilizadas se desplacen sin perder el ritmo de operación y en condiciones de máxima seguridad. Por ello, los criterios de diseño se centran fundamentalmente en:

  • Firme.
  • Pendiente (8-12%).
  • Anchura de camino.
  • Curvas: radios, peraltes y sobre ancho.
  • Visibilidad en curvas y cambios de rasante.
  • Convexidad o bombeo.
  • Conservación.

Ancho de los caminos y/o vías

La anchura de las pistas recomendada puede estimarse con la siguiente expresión:

A = a (0,5 + 1,5 n)

Donde:

A = Ancho total de la pista (m).

a = Ancho del vehículo (m).

N = Número de carriles deseados.

Tanto en cambios de rasante como en curvas que carezcan de visibilidad, la pista deberá ser de doble carril o disponer de rotondas con un dispositivo de señales eficaz que regule el tráfico alternativo.

En pistas de dos carriles, la anchura mínima admisible puntualmente será de tres veces la del vehículo más ancho.



Radios de curvatura


Ancho de curvas


Peraltes

Para contrarrestar la fuerza centrífuga que aparece en las curvas, originando deslizamientos Transversales e incluso vuelcos, el peralte o sobreelevación del lado exterior de la curva denomina peralte. Se puede calcular con la siguiente fórmula:


V = velocidad (m/s). G = aceleración de la gravedad (m/s2). R = radio de curvatura (m).



Los elementos más importantes para el diseño de una mina a cielo abierto pueden dividirse en dos categorías principales:

  • Restricciones físicas y/o geológicas, como poblados, ríos, lagunas, climatología, etc.
  • Restricciones económicas intrínsecas en el depósito, (topografía, geometría de la zona mineralizada, distribución de valores de calidad dentro del cuerpo y ángulo de los taludes del hueco).

Los principales factores económicos que intervienen en el diseño son:

B = (p)(V) (%r) – R(Ce) – Cm – Cp

Donde:

B = Beneficio generado en el tajo (€/Tm.)

p = Valor de una unidad de mineral. (€/Kg., €/Termia, etc.)

V = Valor en contenido del mineral extraíble (Kg. Metal, Termias, etc.)

Ce = Coste equivalente a mover una tonelada de estéril. (€ /Tm. De estéril)

Cm = Coste de extraer y transportar una unidad de mineral. (€/Tm. De mineral)

Cp = Coste de tratamiento de una unidad de mineral (€/Tm. De mineral)

%r = Porcentaje de recuperación de mineral. %

R = Ratio de desmonte (Tm. De estéril / Tm. De mineral)

El límite de la excavación y/o hueco se alcanzará cuando el beneficio es B = 0 y el ratio de desmonte será el llamado ratio límite económico Rle:

Rle =    (p) (V) (% r) – Cm – Cp                                          

                             Ce

Se puede notar que el ratio limite económico de desmonte, será tanto mayor cuando la ley o la recuperación del depósito aumentan ó si disminuyen los costes de operación y tratamiento y muy especialmente los de extraer el estéril al estar en el denominador de la ecuación.

Reordenando la ecuación se puede derivar la fórmula fundamental usada en el diseño de minas con tres dimensiones:

(p) (V) (% r) = B + (R) (Ce) + Cp + Cm                  

Esta ecuación permite calcular el ratio límite de la corta R o el necesario para obtener un beneficio B.

Haciendo B = 0, y despejando V se puede obtener la ley mínima de corte (cut-off grade), por debajo de la cual el flujo de efectivo será negativo.


Minería Subterránea

Los medios y pasos necesarios para el desarrollo de un proyecto minero de interior son los mismos citados para el cielo abierto o por sondeos, esto es la ingeniería minera en sus tres niveles de:


* Diseño geométrico y Planificación de las operaciones


* Ingeniería de los sistemas o técnicas operativas


* Estimación de los costes de inversión y de operación

Y más modernamente a los objetivos de seguridad, fiabilidad y rentabilidad del proyecto hay que añadir su integración en el entorno o medio ambiente.

Los factores determinantes en la elección del método de explotación por minería de interior, son:

* Geometría del yacimiento

– Morfología (Masiva, tabular, filoniana, etc.)

– Potencia y buzamiento

– Tamaño

– Regularidad, distribución de las leyes

* Aspectos geomecánicos

– Resistencias (Mena, techo y muro)

– Fracturación (Intensidad, tipo y frecuencia)

– Campo tensional in situ (Profundidad)

– Comportamiento dinámico de los distintos materiales

* Aspectos económicos

– Leyes del mineral

– Valor unitario del mineral (Recuperaciones mineras y mineralúrgicas)

– Productividad, vida y ritmo de la explotación.

* Seguridad y medio ambiente

– Aspectos y regulaciones de seguridad e higiene

– Impacto ambiental (Paisaje, subsidencia, aguas, etc.)

– Impacto social (Personal, sindical, político, local, etc.)

Dentro de los métodos que entendemos como convencionales y utilizables en el momento actual como corresponde a las limitaciones enumeradas citamos los siguientes:

1.-POR SOPORTE NATURAL DEL TERRENO

* Cámaras y pilares

* Subniveles

2.-POR SOPORTE ARTIFICIAL SISTEMÁTICO

* Cámaras almacén

* Corte y relleno

* Entibación cuadrada

* Testeros

3.-POR HUNDIMIENTO DEL TECHO

* Tajos largos

* Por bloques

* Por subniveles

* Por rebanadas horizontales.


Los sistemas y servicios de explotación específicos de la minería subterránea difieren ligeramente de los de cielo abierto, si bien esencialmente los básicos son los mismos para ambas; el arranque del mineral de su lugar de formación y su transporte hasta el exterior.

1.-Sostenimiento y fortificación

– Cuadros, mallas, pletinas, chapas, etc.

– Bulones, cables y pernos

– Relleno u hormigonado

– Posteo de madera

– Mampostas metálicas

2.-Arranque

– Por acción de la gravedad (Hundimiento controlado)

– Por perforación y voladura con explosivos

– Por acción mecánica de una máquina o minador

3.-Carga y desescombro

– Sistemas discontinuos (Cargadoras, volquetes y transportadores)

– Sistemas continuos (Minadores, rozadoras)

4.-Transporte interior

– Sistemas discontinuos o mixtos (Manual, L.H.D., Volquetes, trenes)

– Sistemas continuos (Cintas, Panzers, tuberías.)

5.-Extracción al exterior

– Pozos de extracción vertical

– Planos inclinados con cintas

– Rampas para camiones o volquetes

– Sistemas hidráulicos de transporte

6.-Servicios

– Ventilación y aire acondicionado

– Desagüe y drenaje

– Mantenimiento y talleres

– Iluminación

– Almacenes y polvorines

– Oficinas y vestuarios

– Guardería y control de seguridad

– Impacto ambiental

– Viviendas y hábitat minero

Infraestructura de la mina

La preparación se define como la ejecución de una red cuidadosamente planificada de piques, galerías (Niveles), chimeneas y todas las formas básicas de excavación de rocas. Las labores de preparación se pueden dividir en dos tipos según su finalidad:

  • Preparación General: depende de la forma y manteo del cuerpo.
  • Replanteo general de la mina, que comprende todos los desarrollos necesarios para el acceso, transporte y ventilación de las distintas zonas subterráneas.

En yacimientos horizontales o pocos inclinados la preparación se hace mediante labores de transporte que dividen al cuerpo en paneles. Si el manteo es fuerte se utilizan esquemas de galería transversales (que conforman los niveles), que se determinan o definen por la potencia del cuerpo y el método de explotación proyectado, donde las labores trazadas en diferentes niveles se unen por medio de Rampas y Chimeneas.

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