Room and Pilares

REALIZACIN DE PROYECTOS EN MINERA SUBTERRNEA

DEL MRMOL

Manuel Arlandi Rodrguez

Jefe rea de Proyectos (GEOCONSULT)

CENTRO TECNOLGICO ANDALUZ DE LA PIEDRAMacael (ALMERA). 27 y 28 de Septiembre, 2005

VENTAJAS MINERA SUBTERRNEAVENTAJAS MINERA SUBTERRNEA Menor superficie afectada y escombreras de menor

tamao.

Ahorro en el movimiento del estril de recubrimiento.

El ruido en los alrededores se reduce, al quedar restringido a las fuentes de emisin de las instalaciones exteriores.

Generacin de polvo queda limitada a los equipos de exterior.

Escasos problemas de erosin y de contaminacin de aguas.

Las condiciones de trabajo son ms benignas que a la intemperie, con temperaturas que oscilan entre 15 y 20 C.

No es necesario efectuar labores de restauracin en superficie, salvo en las instalaciones de exterior o accesos.

Se pueden aprovechar los huecos para usos posteriores.

GRANDES CANTERASGRANDES CANTERAS

DESVENTAJAS MINERA SUBTERRNEADESVENTAJAS MINERA SUBTERRNEA Investigacin geolgica y geomecnica ms detallada. Investigacin geolgica y geomecnica ms detallada.

Proyecto de explotacin ms completo, con el correcto Proyecto de explotacin ms completo, con el correcto diseo de huecos y pilares, y seleccin de maquinaria.diseo de huecos y pilares, y seleccin de maquinaria.

Aprovechamiento de las reservas es menor que a cielo Aprovechamiento de las reservas es menor que a cielo abierto.abierto.

Se precisa ventilacin en las labores de interior y Se precisa ventilacin en las labores de interior y tambin iluminacin de las reas de trabajo.tambin iluminacin de las reas de trabajo.

Una parte de la maquinaria de corte es especfica para Una parte de la maquinaria de corte es especfica para los trabajos subterrneos.los trabajos subterrneos.

Espacios de trabajo son ms estrechos.Espacios de trabajo son ms estrechos.

Planificacin y seguimiento ms tecnificado y riguroso Planificacin y seguimiento ms tecnificado y riguroso que a cielo abierto. La flexibilidad de las operaciones es que a cielo abierto. La flexibilidad de las operaciones es menor.menor.

NORMATIVAS Y REGLAMENTOS EN NORMATIVAS Y REGLAMENTOS EN PROYECTOS MINEROS DE LABORES PROYECTOS MINEROS DE LABORES

SUBTERRNEASSUBTERRNEAS

Reglamento General de Normas Bsicas de Seguridad Minera (Artculo 9, Captulo II).

ITC 04.6.01ITC 04.6.01 relativa a Proyectos de Nuevos Trabajos en Labores Subterrneas.

ASPECTOS A ESTUDIAR EN EL PROYECTOASPECTOS A ESTUDIAR EN EL PROYECTO

Estudios geolgicos:

Geologa

Geotecnia

Estimacin de reservas.

Diseo de la explotacin y mtodo de laboreo

Maquinaria.

Actividades auxiliares

Impacto Ambiental

Seguridad y salud

Inversiones y costes

Planos, croquis y memoria

ESTUDIOS GEOLGICOSESTUDIOS GEOLGICOS

OBJETIVOS:

Estructura geolgica e hidrogeolgica detallada del yacimiento.

Caractersticas geotcnicas de los materiales donde se realizarn las excavaciones subterrneas.

Esquema general de la fracturacin del macizo.

Calidades de los materiales que sern extrados.

Tipo y potencia de las masas aprovechables, as como sus recubrimientos.

Volmenes de reservas explotables.

RECONOCIMIENTOS:

Cartografa geolgica

Fotogeologa

Sondeos

Geofsica

Ssmica Tomografa elctrica Diagrafas

Ensayos de laboratorio

Resistencia a compresin

Mdulo de deformacin

SONDEOSSONDEOS Sondeos

espaciados en malla de 50 x 50 m, o 100 x 100 m

Extraccin de testigos para ensayos de laboratorio

Realizacin de ensayos In situ (diagrafas,permeabilidad, etc.)

GEOFSICAGEOFSICA

Diagrafa Televiewer para registro de fracturas en sondeo

ESTUDIO FRACTURACIN YACIMIENTOESTUDIO FRACTURACIN YACIMIENTO

ENSAYOS DE LABORATORIOENSAYOS DE LABORATORIO

ISRMEnsayo de Abrasividad Cerchar

UNE 22950-2:1990 Ensayo de resistencia a traccin (brasileo)

ISRMEnsayos de corte directo en roca

UNE 22950-4:1992 Ensayo de compresin triaxial en roca

UNE 22950-3:1990 Resistencia a compresin simple con bandas extensiomtricos en roca

NORMAENSAYO

EVALUACIN DE RESERVASEVALUACIN DE RESERVAS Reservas en la zona de influencia

de un sondeo:

Qi = Vi x Di x Ri

Qi = Reservas Vi = Volumen del Mdulo i, que

ser igual a la potencia Pi de la capa de mrmol en el sondeo i por la superficie del mdulo (Si =50m x 50 m = 2500 m2).

Di = Peso especfico de la roca del Mdulo i (obtenida de los ensayos)

Ri = Porcentaje de recuperacin de bloques del Mdulo i, deducido del estudio de fracturacin del yacimiento mediante diagrafa

INVESTIGACIN GEOLGICA DEL

YACIMIENTO

RECOPILACIN DE LA INFORMACIN EXISTENTE

REALIZACIN DE RECONOCIMIENTO DE CAMPO

ESTUDIOFOTOGEOLGICO

Ensayos de laboratorio

Sondeos Geofsica

Con extraccin de testigo Barrenos

Obtencin de muestras

Representacin de columnas de sondeo

Diagrafas

INTERPRETACIN Y ANLISIS DE RESULTADOS

Evaluacin de reservas

Caracterizacin geotcnica

Modelo geolgico del yacimiento

MTODO DE CMARAS Y PILARESMTODO DE CMARAS Y PILARES

DIMENSIONES EN MINERA DEL MRMOLDIMENSIONES EN MINERA DEL MRMOL Las cmaras (stopes) suelen tener 15 40 m de anchura. Los pilares (pillars) suelen tener 3 20 m de dimetro.

CLCULO ANCHURA PILARESCLCULO ANCHURA PILARES

4t p

C

SFS

V

VP SW

WBS u

u

2

1,1

SP (MPa): es la tensin en el pilar SV (MPa): es el peso del prisma ficticio de terreno que descansa sobre cada pilar

W (m) es el ancho del pilar B (m) es la anchura de la cmara c (MPa) es la resistencia a compresin del mrmol del pilar

EJEMPLO DE CLCULO DE PILARESEJEMPLO DE CLCULO DE PILARES

DATOS (Hontoria. BURGOS):

Pilares aislados, de seccin cuadrada.

Ancho de cmara: B = 20 m.

Altura de cmara: H = 5 m.

Resistencia a compresin simple (RCS) del mrmol: c = 60 MPa. Densidad del material de cobertera: = 2,7 toneladas/m3. Factor de seguridad del pilar: FS 4 Cobertera (montera) de terreno: de Z = 16 m.

RESULTADOS:

Peso terreno sobre el pilar: Sv = Z = 0,027 x 16 = 0,432 MPa

Tensin sobre cada pilar (para obtener un FS=4): Sp =c / 4=15 MPa Dando valores y despejando en la formula el valor de W (ancho pilar):

mWW

WS

W

WBS VP 4432,0

201,1151,1

22

u

u u

u

HontoriaHontoria (BURGOS)(BURGOS)

UBICACIN DE LOS PILARESUBICACIN DE LOS PILARES

Distribucin irregular relacionada con las fisuras

UBICACIN DE LOS PILARESUBICACIN DE LOS PILARES

HontoriaHontoria (BURGOS)(BURGOS) Fractura naturalFractura natural

DESARROLLO DE LA EXPLOTACIN (1)DESARROLLO DE LA EXPLOTACIN (1)

FONDO DE CANTERA FONDO DE CANTERA

FONDO DE CANTERA

1. Inicio de la excavacin subterrnea

2. Desarrollo de la galera de acceso

3. Apertura de frentes laterales

DESARROLLO DE LA EXPLOTACIN (2)DESARROLLO DE LA EXPLOTACIN (2)

FONDO DE CANTERA

4. Comienzo de la recuperacin en los pilares corridos

5. Recuperacin sistemtica en los pilares corridos

6. Fin de la vida de la mina, resultando un esquema final de cmaras y pilaresFONDO DE CANTERA

FONDO DE CANTERA

CORTE Y ARRANQUE DEL MRMOLCORTE Y ARRANQUE DEL MRMOL

ro za d o ra d e b ra z oe je c u ta n d o ra n u ra in fe r io r

c o rte co n h ilo

c o rte c o n h ilo

p e rfo ra d o ra

ro za d o ra d e b ra zoe je cu ta n d o c o rte la te ra l

ro z a d o ra d e b ra z oe je cu ta n d o ra n u ra su p e rio r

ROZADORA DE BRAZOROZADORA DE BRAZO

HontoriaHontoria (BURGOS)(BURGOS)

ROZADORA DE BASTIDOR FIJOROZADORA DE BASTIDOR FIJO

MAQUINARIAMAQUINARIA

MAQUINARIA Y PERSONALMAQUINARIA Y PERSONALMAQUINARIA:

1 Sierra mecnica. Tambin llamada rozadora de brazo o espadn de 4,800 mm de brazo:

(126.000 /unidad)

2 cortadoras de hilo TD65 sper (65 CV.):

(32.000 /unidad)

2 perforadoras de martillo en fondoSlim Driller 76:

(14.000 /unidad)

1 banqueador de dos martillos (TBC 90/2):

(16.800 /unidad)

1 dmper CATERPILLAR 773E: (504.000 / unidad)

1 pala cargadora frontal CATERPILLAR 988:

(480.000 /unidad)

PERSONAL:

Puede ser el mismo personal que trabaja en una cantera a cielo abierto.

Se requieren del orden de 5 personas:

1 Director facultativo

1 Encargado

1 Maquinista

2 Peones

SOSTENIMIENTO MEDIANTE BULONESSOSTENIMIENTO MEDIANTE BULONES

L = 2 + 0,09375 x B L = Longitud buln (m)B = Ancho de excavacin (m)

CONTROL DE CONVERGENCIASCONTROL DE CONVERGENCIAS

Todo hueco subterrnea tiende a cerrarse una vez excavado(Convergencia)

El registro de las convergencias es indicativo del grado de estabilidad de la excavacin

CLCULO DE SOSTENIMIENTOSCLCULO DE SOSTENIMIENTOS

DATOS DE CLCULO:

Familias de fracturas:

Orientacin

Persistencia

Espaciado

Peso especfico de la roca

Cohesin y friccin de las fracturas

DETECCIN DE LA PRESENCIA DE DETECCIN DE LA PRESENCIA DE FRACTURASFRACTURAS

Diagrafa Televiewer para registro de fracturas en sondeo horizontal

VENTILACINVENTILACIN OBJETIVO:

Garantizar un nivel de oxgeno admisible

Reducir concentracin de gases nocivos

Eliminar las partculas de polvo

Mantener una temperatura ambiental razonable

CONCENTRACIONES ADMISIBLES:

50 p.p.m. de monxido de carbono.

5.000 p.p.m. de dixido de carbono.

10 p.p.m. de xidos de nitrgeno.

10 p.p.m. de sulfuro de hidrgeno.

5 p.p.m. de dixido de azufre.

1.000 p.p.m. de hidrgeno.

El oxgeno en el aire no ser menor del 20% en volumen.

VENTILADORESVENTILADORES

EJEMPLO DE ESQUEMA DE VENTILACINEJEMPLO DE ESQUEMA DE VENTILACIN

Soplante 75 kW

Aspirante 35 kW

Aspirante 35 kW

Aspirante 35 kW

FONDO DE CANTERA

ILUMINACINILUMINACIN

Para los trabajos subterrneos es necesario disponer de una capacidad de iluminacin en las zonas de trabajo tal que se obtenga un mnimo de 200 lux

En estas zonas se instalarn unos focos halgenos con lmpara de 400 W, que estarn situadas de forma que no entorpezcan durante las operaciones.

Todos los vehculos deben iluminar mediante un sistema de luces blancas en el sentido de avance del movimiento, siempre que circulen por el interior de la explotacin.

ELECTRIFICACINELECTRIFICACIN,, ILUMINACINILUMINACIN YYVENTILACINVENTILACIN

Instalaciones elctricas, de iluminacin y ventilacin en una explotacin subterrnea

FLUJOS DE FONDOSFLUJOS DE FONDOS

Comparativa de Flujos de Fondo (FF) entre cantera subterrnea y cantera a cielo abierto, en el caso de recursos geolgicos

abundantes y aflorantes en superficie

ESTRUCTURA DE COSTESESTRUCTURA DE COSTES

Direccin Facultativa

Control Geolgico INGENIERA

Auscultacin

5%

Energa 20%

Personal 30%

Sostenimiento

Repuestos

OPERACIN

Mantenimiento

20%

Amortizacin

Financieros %

C

O

S

T

E

S

D

I

R

E

C

T

O

S

EXPLOTACIN

CAPITAL

Seguros

25%

Experiencias Espaolas e Internacionales en la minera

subterrnea de la piedra ornamental

Autor: Jos Antonio Hernando Hernndez

Ingeniero de Minas

GEOCONSULT, Ingenieros Consultores, S.A.

ESTADOS UNIDOS

Danby (Vermont) acceso 1

Danby (Vermont) acceso 2

Danby (Vermont) - interior

Danby (Vermont) elevador de carga

Yule (Colorado)

- Est considerada como la cantera subterrnea de mrmol ms grande del mundo.

-Dimensiones:Longitud: 1 milla ~ 1.600 metrosExtensin total: 25 acres ~ 10 hectreas6 niveles de explotacin

- Se comenz a explotar en 1842, de forma subterrnea

Yule (Colorado)

- Se emplean en las labores de interior, en total, a 13 operarios

- Recientemente se realiz una inversin de 2 millones de dlarespara instalar el taller en el interior de la explotacin, ahorrndose muchos costes de transporte, y sacando al exterior slo los productos listos para su venta

- En la actualidad es explotada por Vermont Quarries Corporation

Yule (Colorado) situacin general

Yule (Colorado) situacin

CANTERA SUBTERRNEA YULE

Yule (Colorado) accesos principales

ACCESOS PRINCIPALES

ANTIGUAS ESCOMBRERAS

Yule (Colorado) ao 1911

Yule (Colorado) actualidad

Yule (Colorado) antiguas labores

Yule (Colorado) taller

Ao 1912 Ao 2003 (desmantelado)

Yule (Colorado) sierra mecnica en corte horizontal

JAPN (Utsunomiya) agotada en 1987

GRECIA

GRECIA (Dionyssos)

Hay 9 canteras a cielo abierto y 2 subterrneas

GRECIA (Dionyssos)

ITALIA (Carrara)

Carrara romanos en el siglo I A.C.

Carrara siglos XVIII y XIX

Carrara ao 1927

Carrara distrito minero

Carrara accesos subterrneos

Carrara interior

UNIN EUROPEA (investigacin)- A finales de los 90, la Unin Europea aprob un proyecto de investigacin de 36 meses para desarrollar una mina piloto.

- Consista, inicialmente, en una galera de acceso subterrneo para dar lugar a un pilar que sostenga el techo de una cmara que ibaadquiriendo mayores dimensiones a la vez que se iba controlando la variacin de diversos parmetros (mediante auscultacin y monitorizacin de tensiones, convergencias, deformaciones de techos y pilares, etc.).

- En una segunda fase se continuara el desarrollo de la mina en un mismo nivel, haciendo ms cmaras con sus correspondientes pilares.

- Posteriormente se continuara la explotacin en un segundo nivel, un tercero, un cuarto, etc. realizando siempre las medidas y controles descritos.

UNIN EUROPEA (objetivos)- Desarrollar un modelo en tres dimensiones del macizo rocoso.

- En ltima instancia, se aplicaran los resultados a nuevas explotaciones para corregir y/o validar el modelo definido, consiguiendo as establecer una metodologa estndar general quepudiera servir para cualquier explotacin similar.

- Desarrollar un modelo numrico para simular el comportamiento de techo, pilar y suelo en cada cmara.

- Como objetivo principal se trata de conseguir unas medidas ptimas de cmaras y pilares en funcin de las caractersticas de cada macizo rocoso, alcanzando una solucin de compromiso entre la recuperacin y el factor de seguridad.

UNIN EUROPEA (participantes)- Dionyssomarble Co S.A. (coordinador)

- Cooperativa Condomini Lavoratori dei Beni Sociali di Leviglianis.c.r.l. (CCLL).

- Lasa Marmo SpA

FUNDACIONES

-Institut National de lEnvironnement Industriel et des Risques (INERIS)

- Politecnico di Torino, Dipartimento di Georisorce e Territorio (POLITO)

- Technische Universitt Berlin (TU Berlin)

- Centro Studi per la Fisica delle Rocce e le Geotecnologie (CNR)

UNIN EUROPEA (esquema 3D)

UNIN EUROPEA (planta)

UNIN EUROPEA (mrmol-Macael)

C

O

B

E

R

T

E

R

A

~

8

0

m

~

BUZAMIENTO DE 10-15

AGUA

5-10m4-5m

20-1

5m7-5

m

DOLOMA ESQUISTOS

MARMOL BLANCO

MARMOL GRIS

DOLOMAS

ESQUISTOS

ESQUISTOS

ESPAA

MRMOLES y CALIZAS

- Hontoria de la cantera (Burgos): Caliza Piedra de Hontoria

- Campaspero (Burgos)

- Gualba (Barcelona): Mrmol grisceo-blanco

- Santceloni (Barcelona): Mrmoles y triturados Deulofeu

- Ulldecona (Tarragona): Crema Cenia

- Tortosa (Tarragona): Rosa Alfara

- Bullas (Murcia)

ESPAA

PIZARRAS

- O Barco de Valdeorras (Orense): Explotacin A-Fraguia

- Villamartn de Valdeorras (Orense): Explotacin San Vicente de Leira

- Odollo de la Cabrera (Len): Explotacin Castrillo

ESPAA Ulldecona (Tarragona)

HONTORIA DE LA CANTERA (BURGOS)

ESPAA Hontoria de la Cantera (Burgos)- Explotada por Piedras y Mrmoles, S.L.

- Existen 47 explotaciones subterrneas de roca caliza ornamentalen la zona, la mayora de ellas agotadas.

- Algunas de ellas comenzaron a explotarse desde la poca de los romanos, siempre por va subterrnea, alcanzando un verdadero auge en la Edad Media, bajo la autoridad de los Condestables de Castilla, que utilizaban la Piedra de Hontoria para la construccin de sus numerosas posesiones, incluso del Nuevo Mundo.

- Los primeros trabajos realizados en la explotacin actual datanjusto de esta poca.

- Posteriormente, alguna de las 47 explotaciones han sido empleada para otros usos, casi siempre militares. Por ejemplo como crceldespus de la guerra civil o tambin como polvorn.

ESPAA Hontoria de la Cantera (Burgos)- En la actualidad tan slo necesita 2 mquinas en interior: Una pala cargadora y una sierra mecnica elctrica.

- La capa explotable es un estrato sedimentario de espesor constante de 4,5 metros y un buzamiento aproximado de 8-10.

- El personal que trabaja en las labores subterrneas est compuesto por 2 personas, una para cada mquina.

- La extraccin se realiza banqueando de forma descendente, cortando desde un primer momento los bloques definitivos, que tienen unas dimensiones aproximadas de 1,5 m x 1,5 m x 1,5 m

- La cobertera va desde los 7-8 metros en la entrada hasta los 20 metros en el frente actual de explotacin, aunque se ha explotado en otras zonas a profundidades mayores de 50 metros.

ESPAA Hontoria de la Cantera (Burgos)

-La geometra de la explotacin consiste, a grandes rasgos, en:

Cmaras de 180 metros de longitud y 30 metros de anchura.

Altura de cmara de 4,5 metros y, por tanto, un solo nivel.

Entre cmara y cmara, un muro o pilar corrido de 4 metros de ancho.

Ocasionalmente se conectan dos cmaras por comodidad de paso de maquinaria y personal.

En alguna zona se ha recuperado algo del muro dejando pilares cuadrados de 4 metros de lado.

- La ventilacin es aspirante desde la boca de la salida de emergencia, que consiste en un pozo vertical con seccin 4 m x 4 m y 20 m de altura, excavada en su totalidad con hilo adiamantado.

ESPAA Hontoria de la Cantera (Burgos)

O BARCO DE VALDEORRAS (ORENSE)

ESPAA O Barco de Valdeorras (Orense)

Motivaciones para el paso a extraccin subterrnea:

Debido al aumento del ratio de explotacin

Altos costes de correccin del impacto ambiental en superficie

Reservas demostradas de 3.000.000 toneladas

En 1992, CAFERSA encarg a Geoconsult, S.A. la elaboracin del estudio geotcnico, estudio del sistema de extraccin, proyecto de explotacin y, posteriormente, estudios detallados de diseo de cada una de las cmaras.


Dimensiones de la cmara actual de explotacin:

100 metros de longitud

25 metros de ancho o luz de cmara

50 metros de altura

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