Clase 3 Diseno de Mina a Tajo Abierto

Mg. GAUDENCIO GALVEZ CHOQUE 2013-I

DISEÑOEXPLOTACION A CIELO ABIERTO

DISEÑO DE EXPLOTACION A CIELO ABIERTO

INTRODUCCION.

La explotación de los yacimientos minerales, es una actividad de alto riesgo económico, ya que supone unas inversiones a largo plazo que muchas veces se sustentan en precios del producto minero sujetos a altas oscilaciones. ya que debe permitir la localización de los recursos mineros a explotar, al mínimo coste posible. Para ello, debe cumplir dos objetivos básicos:

– Identificar claramente los objetivos del trabajo a realizar

– Minimizar los costes de operación.

Para ello dispone de una serie de herramientas y técnicas básicas.


INTRODUCCION.En la evaluación de un yacimiento se suelen definir, normalmente, dos tipos de reservas:

- Geologicas o in situ .- constituyen a grandes rasgos el conjunto del yacimiento, es decir, todo el material presente bajo unas condiciones determinadas (ley minima de explotacion, etc.).

- Mineras. Las segundas representan la mineralizacion que, una vez efectuado el diseño del hueco y definido el metodo de explotación más adecuado para el yacimiento, como va a ser extraida.


INTRODUCCION.Otros autores. llegan a considerar hasta cuatro tipos

diferentes de reservas: Carras (1986)a) Reservas globales: consideran la ley media y el

tonelaje de las reservas que van a ser extraídas durante la vida de la mina.

b) Reservas locales: consideran la ley media y el tonelaje de las reservas que van a ser extraídas durante un determinado periodo de tiempo, por ejemplo año a año. Estas reservas se utilizan para establecer la planificación minera.

c) Recursos in situ: se basan en la interpretación geológica exclusivamente.

d) Reservas recuperables: estas reservas incorporan todos los aspectos prácticos del impacto de la minería sobre la interpretación geológica.


INTRODUCCION.En la actualidad, mas del 70% de la producción es por

explotación a cielo abierto. Las ventajas que ofrece la minería de superficie, frente a la subterránea:

- Alta productividad.- Mayor concentración de operaciones y gestión mas

sencilla.- Menor inversión por tonelada producida.- Posibilidad de explotar con ratios de desmonte altos.- Mejor conocimiento geológico del yacimiento.- Menor limitación en el tamaño y peso de las maquinas.- Operaciones auxiliares y de mantenimiento mas sencillas.- Mayor recuperación del mineral y menor dilución.- Mayor volumen de reservas disponibles para su

explotación.

EVALUACION DEL YACIMIENTO

La evaluación del yacimiento generalmente comprende dos etapas:

- Primera, Modelo Geológico.- que consiste en la definición de la morfología de las mineralizaciones y de los contenidos de cada una de ellas.

- Segunda, Modelos Económicos, se estiman con criterios técnicos y económicos, la cantidad de reservas recuperables y su valor actual.

PROCESO DE EVALUACION

DATOS GEOLOGICOS

MODELO GEOLOGICO

MODELO ECONOMICO

DISEÑO DE EXPLOTACION

EVALUACION DE RESERVAS

GEOMETRICAGEOESTADISTICAOTROS

PRECIOS PREVISTOSCOSTOS MINEROSRENDIMIENTOSOTROS

ANGULOS DE DISEÑOANCHOS MINIMOSDISEÑO PISTASRATIOS

LEY DE CORTRATIO LIMITERECUPERACIONDILUCION

BANCO DE INFORMACION

OTROS


Al momento de proyectar una mina a cielo abierto se deben considerar cuatro grupos de parametros:

-Geometricos. Funcion de la estructura y morfologia del yacimiento, pendiente del terreno, limites de propiedad, etc.

- Geotecnicos. Dependientes de los angulos maximos estables de los taludes en cada uno de los dominios estructurales en que se haya dividido el yacimiento.


- Operativos. Dimensiones necesarias para que la maquinaria empleada trabaje en condiciones adecuadas de eficiencia y seguridad: alturas de banco, anchuras de berma y pistas, anchuras de fondo, etc.

- Medioambientales. Aquellos que permiten la ocultacion a las vistas de los huecos o escombreras, faciliten la restauracion de los terrenos o la reducción de ciertos impactos ambientales.

CRITERIOS PARA DISEÑO DEL PIT.

RATIOS GEOMETRICOS.-RATO MEDIO GLOBAL.-RATIO INCREMENTAL.-RATIO TEMPORAL

- CALCULO DEL R.M.E.- DETERMINACION

PROFUNDIDAD MAXIMA.- DISEÑO PIT FINAL.

RATIO LIMITE ECONOMCIO

CONSTRUCCION PISTAD MINERAS-DISEÑOS GEOMETRICOS.-TIPOS DE RAMPAS.

-ALTURA DE BANCO-ANCHO DE BANCO-ANGULO DE CARA DE BANCO-BERMAS.-PISTAS Y RAMPAS.

CRITERIOS OPEATIVOS

CRITERIOS ECONOMICOS

CATEGORIA DE VEHICULOS

PARAMETROS OPERATIVOSBanco: Escalon comprendido entre dos niveles que

constituyen la rebanada que se explota, de esteril o mineral.

Altura de banco: Distancia vertical entre dos niveles, desde el pie del banco hasta la parte mas alta o cabeza del mismo.

Talud de banco: Angulo delimitado entre la horizontal y la linea de maxima pendiente de la cara del banco.

VENTAJAS DE BANCO GRANDES:• Mayor rendimiento de perforación al reducirse los

tiempos muertos de cambio de posición.• Mejora de los rendimientos de los equipos de carga, al

reducirse los tiempos muertos por cambio de tajo.• - Menor numero de bancos y por tanto, mayor

concentración y eficiencia de maquinaria.• - Infraestructura de accesos mas económica por menor

numero de bancos.

CRITERIOS OPERATIVOS

VENTAJAS DE BANCO PEQUEÑOS

- Mejores condiciones de seguridad para el personal y maquinaria.

- El control de las desviaciones de los barrenos es mas efectivo.

- Mayor control sobre la fragmentation de la roca en la voladura.

- Mayor rapidez en la ejecucion de rampas de acceso entre bancos.

- Menores niveles de vibraciones y onda aerea. - Mejores condiciones para tratamiento de los taludes

finales.


PARAMETROS OPERATIVOS

• anchura minimo de banco de trabajo la suma de los espacios necesarios para el movimiento de la maquinaria que trabaja en ellos simultaneamente.

ANCHO MINIMO DE BANCO

PARAMETROS OPERATIVOSANCHO MINIMO DE BANCO

• Siempre sera necesario dejar del orden de 5 m como anchura de seguridad (S) hasta el borde del banco. En esa zona es posible construir banquetas de seguridad.


Talud de trabajo: Angulo determinado por los pies de los bancos entre los cuales se encuentra alguno de los tajos o plataformas de trabajo.

Pistas: Estructuras viales dentro de una explotacion, a traves de las cuales se extrae el mineral y el esteril.

Rampa de acceso: caminos de uso esporadico que se utilizan para el acceso de los equipos, generalmente de arranque, a los tajos.


Limites finales de la mina: Es el limite horizontal y vertical final de la explotación y los limites laterales. Los limites en profundidad de una mina a cielo abierto estan condicionados, fundamentalmente, por la geologia del yacimiento, la definicion de limites esta influenciada por motivos de estabilidad de taludes,

PARAMETROS OPERATIVOSBermas: son aquellas plataformas horizontales existentes en los limites de la explotacion sobre los taludes finales.Talud final de explotacion: es el angulo del talud estable delimitado por la horizontal y la línea que une el pie del banco inferior y la cabeza del superior.


Las pistas son los caminos por los cuales se realiza el transporte habitual de materiales dentro de la explotacion, es decir, por los que circulan las unidades de acarreo. Tambien existen rampas que se utilizan exclusivamente como acceso a los tajos de las maquinas que realizan el arranque y su servicio es esporadico.

Con relacion a su anchura, esta debe superar, por lo menos, en dos metros el ancho de via de la unidad mas ancha que vaya a circular por ellas.

PISTAS Y RAMPAS

CRITERIOS OPERATIVOSDISEÑO DE PISTAS Y RAMPAS

Diseño de pistas en espiral:Por delante del talud.- Se inicia por el fondo del

talud, de acuerdo a las características de las rampaPor detras del talud.- En este caso, se parte el

diseño de la parte superior del talud,

Diseno de pistas en zig-zagEn general, las pistas con un trazado en zig-zag presentan diversos inconvenientes:- El trafico de volquetes es dificultoso.- Causa un mayor desgaste de los neumaticos.- Aumentan, el riesgo de accidentes por dificultad de vision, cruce con maquinaria, etc.

PISTAS EN ESPIRALRampas por delante del talud

PISTAS EN ESPIRALRampas por detras del talud.

PISTAS EN ZIG-ZAG

El diseño se realiza a partir de la profundidad maxima establecida, representandolo en proyeccion horizontal mediante el sistema de planos acotados y a la escala conveniente.

En este Pit se considera todas las pistas y rampas de acceso, bermas de seguridad, plataformas de trabajo, etc.

DISEÑO DEL PÌT FINAL

Pueden clasificarse, atendiendo al trazado en planta:- Pistas en espiral.- Pistas circulares.- Pistas en zig-zag.- Pistas en U. - Pistas rectilineas -y mixtas.

Segun su duracion:- Pistas provisionales.- Pistas permanentes.

El trazado de las pistas esta condicionado, basicamente, por la geometria del yacimiento.

CONSTRUCCION DE PISTAS Y RAMPAS

Deben definirse las alineaciones (trazado en planta) y las rasantes (trazado en alzado).

distancia de visibilidad de parada, distancia minima necesaria para que un vehiculo pueda detenerse antes de colisionar con un obstaculo.

Radio de giro de la curva. Radio mínimo que debe tener las curvas que facilite el trásnsito de los vehículos.

Velocidad de Proyecto o velocidad mínima.- Velocidad con que los vehículos deben transitar durante todo el proyecto, Esta velocidad es, por supuesto, inferior a la maxima que pueden llegar a desarrollar los volquetes y debe establecerse en funcion de estudios economicos

CRITERIOS BASICOS EN EL TRAZADO

Rasantes (trazado en corte longitudinal).

Criterios básicos de funcionalidad:- Distancia de visibilidad de parada, es la distancia

minima necesaria para que un vehiculo pueda detenerse antes de colisionar con un obstaculo que se halle en su trayectoria,


Alineaciones (trazado en planta).

Radio de giro en curva y las transiciones recta curva.


CATEGORIA DE VEHICULOS PARA DISEÑO DE PISTAS

El diseño de pistas mineras, debe hacerse en funcion de las caracteristicas de los volquetes.

Peso total en carga. A partir de esta caracteristica se pueden establecer cuatro categorias de vehiculos (P1, P2, P3 y P4). Peso total

CATEGORIA CAP. MAXP1P2P3P4

30 – 45 t.46 – 70 t.71 – 100 t.

101 – 160 t.

NOTA: A LA FECHA EXISTEN VEHICULOS > DE 400t

Distribucion de cargas. Para el dimensionamiento estructural, hay que tener en cuenta los ejes.

Presiones de inflado. Por otro lado, hay que tener en cuenta las presiones nominale de inflado de los neumaticos.

Presion de contacto y geometria de la huella. Para el dimensionamiento estructural de la vías.

Caracteristicas geometricas. correspondientes a la longitud, anchura y radio de giro de los volquetes.

Velocidades. Sin embargo, esto no tiene mayor importancia salvo excepciones, ya que el trazado va a imponer velocidades de recorrido menores a 40 km/h.

Trazado en plantaEl trazado en planta esta constituido por una sucesion de alineaciones rectas y curvas circulares, a veces, curvas de transicion, de curvatura variable.

Curvas circularesHay que atender a su radio y al peralte, p.e. para velocidades de 10 Km/hr el peralte considerese nula.

Por otra parte, debe fijarse un peralte maximo (para evitar problemas de deslizamiento hacia el interior de la curva),. Para P1 y P2, peralte maximo se fija en el 6,5 %, P3y P4 se fija en el 5 %.

Relación Radio - Peralte y velocidad.

DISEÑO DE CURVAS CIRCULARES.

T = tangente, distancia PC-PIL = longitud de la curva, arco PC-PTE = externa, distancia PI a la curvaC = cuerda, distancia PC – PTR = radio de la curvaI = ángulo de deflexión

Además:PC = inicio de la curvaPT = fin de la curvaPI = intersección de dos alineamientosO = centro de la curva

DISEÑO DE CURVAS CIRCULARES.

T = tangente, distancia PC-PIL = longitud de la curva, arco PC-PTE = externa, distancia PI a la curvaC = cuerda, distancia PC – PT

T = R. Tg (I/2)

L = ( .R. I)/180

E = R. (Sec(I/2)-1)

C = 2R. Sen (I/2)

FORMULAS

DISEÑO DE CURVAS CIRCULARES.EJEMPLO:

FORMULAS

DISEÑO DE ANCHO DE VIA

TABLA DE ANCHO DE VIA Y RADIONUMERO YANCHO DE CARRILES (m)

CATEGORIA

RADIO EXTERIOR

(m)

1

2

3

4

10

12.5

22.5

33.0

43 .0 P1

20

10.5

19

27.5

36.0

30

9.5

17.0

24.5

32.0

R E C T A

9.0

15.5

22.5

29.0

12

13.5

24.0

35.0

46.0 P2

25

11.5

20.5

29.5

38.5

60

10.5

18.5

26.5

34.5

R E C T A

10.0

17.0

24.5

32.0

14

16.0

29.0

42.0

54.5

40

13.5

24.0

34.5

45 .0 P3

80

13.0

22.5

32.5

42 .0

R E C T A

12.0

21.5

30.5

39.5

16

18.0

33.0

47.5

62.0 P4

50

15.5

27.5

39.5

51.0

120

14.4

26.0

37.0

48.0

R E C T A

14.0

25.5

35.5

46.0

ANCHO DE VIA

A = a . (0,5 + 1,5 . n)donde:A = Ancho total de pistaa = Ancho del vehiculo de mayores dimensiones (m)n = Numero de carriles.

Significa que, tanto a la izquierda como a la derecha de cada vehiculo, debe dejarse una separacion de seguridad equivalente a la mitad de la anchura de este.

SOBRE ANCHO DE CURVASEn las curva los volquetes necesitan una anchura

mayor que en recta, pues sus ruedas traseras no siguen exactamente la trayectoria de las delanteras debido a la rigidez del chasis, es necesario, por tanto disponer de un sobreancho, funcion del radio de la curva y la longitud del volquete.1/21/2

f = 2 x [ R - (R2 - L2)1/2] x 5,8 / (R)1/2

donde:f = sobreancho (m)R = Radio de la curva (m)L = Distancia entre ejes del volquete (m).

CONFIGURACION DE BOMBEOS Y PERALTES

Dos carriles con peralte 2-4%

Dos carriles con bombeo

RATIOS ECONÓMICOS:

El ratio de desmonte, o relacion esteril a mineral, refleja la cantidad de material esteril que es preciso mover para extraer el mineral. unidades (t/t), (m3/m3) o (m3/t). Dentro del ratio económico se puede dividir en:

A) RATIO LIMITE ECONOMICO. Es la relacion maxima de esteril a mineral util hasta la que puede extraerse una tonelada o metro cúbico.

B) RATIO MEDIO ECONOMICO. Es la relación global entre todo el volumen de esteril y todo el tonelaje de mineral que es extraido con un beneficio medio por unidad.

A partir del precio de venta del mineral, costos de extracción y tratamiento, recuperacion se obtiene: Vmi = RME * Ce + Cex + Ct + B

donde:. Vmi = Valor del mineral in situ. . Ce = Coste de extraccion del esteril; hasta la cancha de desmonte. . Cex = Coste de extraccion del mineral hasta la planta. . Ct = Coste de tratamiento. . B = Beneficio por tonelada de mineral in situ.

CALCULO DEL RATIO MEDIO ECONOMICO (RME),

ex

texmi

CBCCV

RME

Desde el punto de vista geometrico, se distinguen tres tipos de ratios:

1. Ratio medio o global.

2. Ratio incremental.

3. Ratio temporal.

CRITERIOS ECONOMICOS

TALUD PROYECTADO LA AMPLIACION

TALUD FINAL DE MURO

EL RATIO MEDIO GLOBAL es el cociente entre la cantidad o volumen total de estéril extraído hasta ese momento y la del mineral correspondiente:

Este parametro tambien se denomina Ratio Medio Geometrico.

RATIO MEDIO GLOBAL

VMVE

RM

El ratio incremental esta dado por:

Este parametro refleja la cantidad de esteril que es preciso mover previamente, para obtener una cantidad de mineral determinada, cuando la explotacion ya esta en marcha.

RATIO INCREMENTAL

VMVE

RI


TALUD FINAL DE MURO

Cuando se considera un periodo de vida de la explotación dado, el ratio correspondiente a ese periodo será:

VEt = Estéril extraído en el periodo de tiempo t

VMt = Mineral explotado en el mismo periodo de tiempo t.

RATIO TEMPORAL


TALUD FINAL DE MURO

t

t

VMVE

RT

Corresponde a la seccion representativa del yacimiento, al RME. a partir de la variable ratio medio (comparacion entre esteril y mineral), se determine la profundidad maxima que puede alcanzarse.

DETERMINACION DE LA PROFUNDIDAD MAXIMA

T

ESTABILIDAD DE TALUDES


• Para el diseño de cualquier explotación a cielo

abierto es necesario contar con el modelamiento

geológico del yacimiento, la cual se obtiene a partir

de los trabajos previos de investigación.

• Este diseño contempla el establecimiento de los

contornos finales, intermedios y perspectivos en las

diferentes etapas en el desarrollo de la explotación,

así como la definición del método de explotación y la

selección de la maquinaria a utilizar.


• Los elementos del contorno de la cantera son:

- Los bordes,

- Profundidad o altura de explotación,

- Altura de banco,

- Angulo de talud del banco,

- Las bermas de transporte, seguridad y

- Angulo de culminación.

Información previa para el diseño de los taludes

Es necesario contar con información, que caracterice al macizo rocoso y su comportamiento en el tiempo, Esta información la podemos agrupar de la siguiente forma:

• Modelo geológico del yacimiento

• Propiedades del macizo rocoso

• Características hidrogeológicas de macizo

• Efectos de la alteración de las rocas

Información previa para el diseño de los taludes

• Esfuerzos in situ

• Efectos de las voladuras en las rocas

• Tratamiento para preservar la estabilidad de los taludes. Aquí es importante tener un criterio de cómo quedara el espacio creado y que posible uso tendrá.

Criterios para el diseño de los taludes

La estabilidad de los taludes en una explotación a cielo abierto tiene una gran importancia para la seguridad efectiva y económica de la mina por lo que debe ser considerada desde el inicio del proceso de diseño.

Los aspectos más importantes que afectan la seguridad en los frentes y operaciones son los siguientes:– Caída o deslizamiento de rocas sueltas– Colapso parcial de un banco– Colapso general de un borde de la cantera.

Recomendaciones para el diseño de los taludes

Las recomendaciones para el control y eliminación de riesgos son:

• Diseño adecuado de bancos y plataformas para retener los desprendimientos de materiales.

• Determinación y mantenimiento adecuado de taludes generales seguros.

• Control en las proximidades del talud, para reducir los daños en el macizo.

• Aplicación de sistemas de drenaje en los macizos para reducir las tensiones originadas por el agua.

• Saneo sistemático y efectivo de materiales sueltos, potencialmente peligrosos por la posibilidad de caída.

TALUD FINAL

TALUD FINALPLAN DE CIERRE

Clase 3 Diseno de Mina a Tajo Abierto

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