Trabajo Final de Pique

8/4/2019 Trabajo Final de Pique

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PIQUES

Minado Subterráneo UNMSM Página 1

INTRODUCCIÓN

Desde la antigüedad, el hombre viene explotando los recursos minerales que la

naturaleza le ofrece. Generalmente, la metodología más barata consiste en la

explotación desde superficie de los afloramientos de mineral con el sistema conocido

por cielo abierto.

Otras veces, la disposición de la capa o del filón de mineral obliga a su explotación

subterránea. Mientras el mineral no se encuentre a excesiva profundidad, el método de

extracción de mineral más habitual es por ejecución de rampas, galerías y túneles que

permitan el acceso hasta la zona de minado. Hay momentos en que esta distancia se

hace excesiva debido a la profundidad a la que empieza a encontrarse el mineral. Estose acentúa aún más cuando los sondeos diamantinos que se efectúan desde dentro de

las explotaciones acceden a nuevas zonas aun más profundas en las cuales el mineral

está presente. Llegado este momento, uno se ve obligado a replantear el sistema de

extracción. La alternativa más usual es emplear un sistema de pique vertical que

permite el acceso de los operarios a las zonas más profundas de un modo más

rentable y rápido, extrayendo el mineral por izado de vagones o skip, bien hasta

superficie, bien hasta niveles intermedios.Por ello es frecuente que ciertas minas, a medida que transcurren los años y ven que

sus reservas minerales van quedando cada vez más profundas, se replanteen la

sustitución de su sistema de extracción habitual por el de izado por piques.



PIQUES


RESUMEN

La explotación de una mina se define como el conjunto de operaciones que permiten el

arranque, carguío y extracción de mineral, que para una operación normal es

fundamental que todos los servicios anexos como: Ventilación, Fortificación, Drenaje,

Suministro de Energía, Aire, Agua. La explotación de una mina se compone de tres

operaciones mineras básicas:

Accesos y desarrollos de aperturas mineras

Preparación o infraestructura de la mina

Arranque o explotación de la mina.

Los ACCESOS Corresponden a aquellas labores que comunican el cuerpomineralizado con la superficie, para su explotación. Los accesos pueden ser:

Socavones

Piques verticales

Chiflones o piques inclinados.

La actividad más importante en una operación Minera es la extracción del Mineral

(limpieza), la que se puede realizar por movimiento en forma horizontal (locomotora,

scoop, volquetes), en forma vertical (izaje), por inclinados, rampas y zig zagPara extraer el mineral de mina subterránea en yacimientos que no tiene encampane,

se tendrá que construir un pique, el que va a variar en longitud y la capacidad del

tonelaje de extracción

En este trabajo se tratan los elementos principales del sistema de izaje, tales como la

tambora, cables, polea, jaula y castillos o torres. Luego el manejo y operación de

wincheros y timbreros, para finalmente tratar el mantenimiento y seguridad de los

diferentes elementos del sistema de izaje.Nosotros veremos cada uno de estos términos en este informe de manera didáctica

para un mejor entendimiento



PIQUES


1. MARCO TEORICO

1.1 PIQUES MINEROS

Los piques son labores que sirven de comunicación entre la mina subterránea y la

superficie exterior con la finalidad de subir o bajar al personal, material, equipos y el

mineral.

1.2 FACTORES PARA SU CONSTRUCCIÓN:

Necesidades de extracción de mineral;

Reducción de los costos de producción;

Profundización de los niveles de extracción.

1.3 CONSIDERACIONES DE DISEÑO:

Análisis de costos en relación a otros piques;

El área debe ser favorable y suficientemente grande para las instalaciones de

superficie;

La naturaleza del suelo debe ser adecuada para las cimentaciones, realizando

para ello estudios de geotecnia conducentes a la clasificación del macizo en elárea destinada para el diseño del pique;

La mina, debe tener buenas vías de acceso y espacio libre para favorecer el

trabajo.

1.4 TIPOS DE PIQUE: Tenemos las siguientes clasificaciones:

1.4.1 POR EL TIPO SERVICIO QUE PRESTARÁ: Cuando se diseña un pique, esestablecer el tipo de servicio que éste prestara, por lo tanto debe estar en una de las

siguientes categorías:

Exploración

Producción

Servicio

Ventilación

Combinación de los nombrados.



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1.4.2 POR SU FORMA: Esta clasificación se basa en su tamaño y en su forma. Las

formas más comunes son:

Rectangulares

Circulares

Elípticos.

a. RECTANGULARES: El rectangular es la manera tradicional. Los métodos de

profundización en un pique rectangular tienen dos opciones.

a.1 Estructura de madera

En la forma original, o convencional, se construye la estructura ( Vigas, cuadros,

tirantes), de madera porque ésta es muy maleable y fácil de trabajar, el diseño es muy

especial, de acuerdo a la función del izaje o pique, a las características del terreno que

requiere previamente un estudio Geotécnico, y de mecaniza de rocas,. Pero debido a

que la madera no es tan fuerte como elemento estructural, entonces se coloca un set

cada dos metros.

a.2 Estructura de acero

De las estructuras de madera se ha evolucionado a estructuras de acero. Para trabajar

con este elemento se coloca un pique rectangular con grupos de instrumentos y guías

de acero cada cinco metros.

Entonces, se tiene una instalación que es difícil de alinear pero una vez instalada esestable.

Del lado de los peligros, el pique rectangular tiene un problema. Si tenemos un suelo

malo, podría existir algún inconveniente aunque puede ser solucionado con pernos

para su estabilización.

En un pique rectangular típico, los marcos de madera o de acero pueden funcionar al

mismo tiempo, pero se da muy poca atención al alineamiento. Los trabajadores no

están especializados en instalar estos equipos.



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En el Perú hay diferentes piques. Los actuales han evolucionado hacia la forma

rectangular. Originalmente se pensaba que era la manera más barata.

En América, sin embargo, son más normales las secciones rectangulares ya que tienen

mayor aprovechamiento; sus dimensiones más comunes son de 5 por 4 m, aunque el

lado mayor puede alcanzar los 12 m en las explotaciones más modernas.

b. CIRCULARES: El circular es de uso reciente. En el pique circular se debe poner el

concreto hasta el nivel donde uno está trabajando y no se tendrán problemas. Pero eso

dependerá del tamaño del área expuesta.

Los piques circulares se profundizan con equipos de perforación de fase mediana y el

trabajo es bastante considerable porque hay que poner diferentes instrumentos para

estabilizar. Es costoso hacer esto, pero una vez que el sistema está instalado y

estabilizado, se pueden avanzar la construcción dos metros al día.Con el pique circular se puede obtener un 10% más del producto. Ahora, debido a que

los tonelajes en las minas están aumentando se necesitan piques más grandes y en

ese caso sería mejor el pique circular.

Es la sección más utilizada en Europa, por ser la que mejor resiste a las presiones del

terreno; el diámetro es muy variable, desde 1 o 2 m para piques de servicio hasta 8 m

de extracción de grandes explotaciones mineras.



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c. ELÍPTICA: Se utiliza en minas para la ejecución de piques interiores, ya que resisteen su zona más estrecha las presiones máximas.

1.4.3. EN FUNCIÓN DEL ÁNGULO: La extracción puede efectuarse de dos maneras:

Pique Vertical

Pique Inclinado



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A. PIQUE VERTICAL: La extracción por Pique vertical, con jaulas o skips, es el

sistema tradicional de extracción en minería subterránea profunda. Su principal

característica viene dada por el hecho de que, al igual que ocurre con el Pique

inclinado de extracción, es una infraestructura de larga duración, por lo que debe

ejecutarse con una profundidad mayor de la necesaria, para prever futuras

necesidades de explotación.

E1 punto más bajo del pozo se denomina caldera, y en él habitualmente se localizan el

depósito del agua de mina y la sala de bombas.



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Posición del Pique respecto a la veta: se pueden presentar las siguientes

alternativas:

A.1 Pique en el pendiente:

Ventajas.

Desarrollo ordenado, buenos pilares de protección.

Permite encontrar vetas paralelas

Desventajas.

Costo excesivo, debido al desarrollo en

estéril.

Deslizamiento, al encontrar la veta. Sepierde estabilidad y el control del terreno.

Se puede llegar a perder el pique.

A.2 Pique Interceptando la Veta:

Ventajas:

Se accede fácilmente al yacimiento, generando

ganancias al corto plazo. El costo de desarrollo inicial es menor.

El desarrollo es más armónico en los niveles.

Desventajas.

Se generan problemas en el terreno por debilitamiento.

Se pierden material útil al hacer pilares de protección en el mineral.

Costos elevados de mantención, (pilares, estabilización de los suelos).

No es recomendable

A.3 Pique al Yacente:

Ventajas.

Tiene mayor preferencia.

Seguridad y extracción más fácil

aprovechando la gravedad.

Más económico con respecto a losanteriores.



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Desventajas.

A mayor profundidad, mayor será el avance por estéril.

B. PIQUE INCLINADO: El Pique inclinado es el método de extracción más adecuado

para yacimientos poco profundos y de profundidad media. Las ventajas del plano

inclinado son:

Mayor flexibilidad y posibilidad de profundizar a medida que se exploten capas

situadas a menores cotas. Esto implica que a veces la inversión inicial es menor,

porque se puede realizar en varias fases.

Posibilidad de emplear distintos sistemas de extracción, como skip rodado y

cintas transportadoras.

Facilidad para combinar un pique inclinado con el pique principal, empleando el

primero como vía secundaria de acceso.

Mayor rapidez de ejecución que un pique vertical.

Posibilidad de realizarlo con personal de la mina, sin necesidad de personal

especializado o de subcontratar la obra, como ocurre con los piques verticales.

Suelen excavarse con Jackles o mediante perforación con jumbo y voladura,

según el tipo de roca. Menores costos de operación que un pique vertical para longitudes grandes. Sin

embargo, es necesario tener presente que para alcanzar la misma profundidad,

un pique inclinado requiere mayor longitud que un pique vertical, al ejecutarse

con menor inclinación.

Al ser el pique inclinado el acceso y la extracción para la mina, debe diseñarse según

los requerimientos de sección acordes con los métodos de extracción que se instalen.Además, el pique inclinado es una infraestructura de larga duración (en principio, toda

la vida de la mina), con lo que debe colocarse el sostenimiento que garantice su

estabilidad, prestando especial atención a las zonas que atraviesen materiales menos

competentes y excavando con contrabóveda cuando se estime necesario. El piso o

solera del pique inclinado debe estar en las mejores condiciones posibles,

preferiblemente hormigonado. Además, será necesario impermeabilizar los tramos que

atraviesen el nivel freático, lo que encarece los costes de ejecución.



PIQUES


En el Perú tenemos como ejemplo el Pique inclinado de la Unidad Minera Izcaycruz,

Mina Limpe Centro que está localizada en el distrito de Pachangara, provincia de Oyón,

departamento de Lima.



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PIQUES


B.1Piques Inclinados:

Pique inclinado por la veta

Pique inclinado por la yacente

B.2 Pique inclinado por la veta:

Es caro en su construcción y poco eficiente.

Su inclinación puede ser uniforme, lo que nos dice que puede tener una mayor

capacidad de extracción.

Las irregularidades de la veta entorpecen el transporte, cambios bruscos

aumentan los costos de extracción y disminuye su capacidad por una velocidad

de arrastre menor.

Requiere dejar pilares de protección para el pique.

B.3 Pique Inclinado por la yacente:

El manteo variable hace imposible la inclinación uniforme por el yacimiento y

debe ubicarse en el yacente por estéril.



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Carguío directo, poca mantención (poca fortificación), ya que si es por mineral,

en las cajas del mineral hay un mayor peligro de derrumbes.

Es caro, requiere estocadas estaciones en la roca

No entrega informaciones del yacimiento, por correrse en estéril.

1.4.3 SEGÚN SU REQUERIMIENTO DE APOYO: Esta clasificación está basada en el

tipo de sostenimiento usado en la estructura del pique según las condiciones que nos

depare el terreno. Tenemos:

Pique con sostenimiento temporal

Pique con sostenimiento permanente.

A. PIQUE CON SOSTENIMIENTO TEMPORAL: Pueden ser los empernados a las

rocas de las paredes o enmallados de alambre.

B. PIQUE CON SOSTENIMIENTO PERMANENTE: Pueden ser concreto, planchas de

acero, madera, marcos de acero o anillos de fierro fundido. Este tipo de sostenimiento

es generalmente para los piques usados para transporte de personal.

1.4.4 SEGÚN EL MÉTODO DE EXCAVACIÓN: Teniendo el método de excavación se

presentan dos tipos:

Tradicional

Perforado a sección completa (Shaft Boring).

A. TRADICIONAL: La profundización del pique se hace de manera habitual, es decirse realiza la perforación con perforadora estándar, luego viene la voladura y la

evacuación del material, todo esto combinado con distintos métodos de sostenimiento

de terrenos.

B. PERFORADO A SECCIÓN COMPLETA: Usando máquinas de perforación

mecánica, se llevará a cabo la profundización del pique, las cuales lo hacen a sección

completa. Este tipo de máquinas son las Shaft Boring y Raise Boring.



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Todos los piques taladrados a sección completa son circulares, llegándose a usar

variados métodos de sostenimiento de terrenos. Estos piques pueden tener cierta

inclinación.

1.5 ELEMENTOS DE UN PIQUE MINERO

Dada la importancia de la extracción por pique y sus particularidades, a continuación se

describen los principales elementos de este tipo de extracción:

Castillete o torre de extracción.

Sistema de guionaje.

Elemento de transporte: jaulas o skips.

Cables de extracción, con sus amarres y suspensiones.

Máquina de extracción.

Embarques.

Señalización.

1.5.1. CASTILLOS Y TORRES DE EXTRACCIÓN

En la extracción, la maquina que sirve para subir las jaulas o los skips pueden estar en

el suelo, a cierta distancia horizontal del pozo o sobre una torre, en la vertical de este.

En el primer caso, se llama Castillo a la construcción que denomina al pozo y cuya

misión es de soportar las poleas de garganta que aseguran el envió a la máquina de

los cables de extracción, de los que están suspendidas las jaulas o los skips. Estos sellaman castillos por que están hechos de madera y acero.

En el caso de la maquina en cabeza, se constituye encima del pozo, no ya un castillete

sino una torre de extracción, vertical y de sección rectangular, que tienen la maquina en

su piso superior. Eventualmente, se colocan también en la torre poleas llamadas de

desviación o de presión, que pueden ser necesarias para reducir la distancia entre los

dos cables. En este caso es construida de concreto.



PIQUES


Castillo y torre de extracción pueden estar previstos para una extracción simple o al

contrario, para una extracción doble, si son precisas dos maquinas en un pozo para

alcanzar la extracción deseada.

A. Castillos

Soporta las poleas y lleva cierto número de dispositivos de seguridad. La construcciónes casi siempre metálica. Comprende:

a) armazón

Se compone de largueros verticales, anclados en el macizo de fábrica de la cabeza del

pozo y unidos entre sí por piezas horizontales y diagonales. Su misión es soportar:

El guionaje fuera del pozo.

Diversos dispositivos de seguridad. Las escaleras que permite la vigilancia de los dispositivos de seguridad y las

poleas



PIQUES


Figura(a)

Pero también debe permitir la ejecución de las maniobras siguientes: Carga y descarga de las jaulas (o vaciado de los skips).

Colocación de las jaulas (o los skips).

Descenso de maquinas o piezas embarazosas, atadas al cable o bajo la jaula (o

skip).

b) La construcción de resistencia

Para un pozo de extracción única, se hace a menudos con dos tornapuntas colocadas

en el plano bisector que forman los cables de transporte que van verticales en el pozo y

de los cables que inclinados van a la maquina. La misión de estos tornapuntas es

soportar los esfuerzos que ejercen sobre las poleas y cuya componente se sitúa en ese

plano.

Se añaden a las tornapuntas uno o dos pisos horizontales que soportan las tornapuntas

según que estén en el mismo plano o superpuestas.Finalmente, encima de las poleas una superestructura soporta un puente móvil para

facilitar su colocación. La unión entre la construcción de resistencia y el armazón se

verifica mediante una rotula en el castillo de la figura(a). Pero se realiza de manera

diferente en otros castillos.

c) Las poleas



PIQUES


Generalmente se admite que las poleas deben tener

de 80veces a 100 veces el diámetro del cable, según

que este sea cableado o liso (cable cerrado).

En Francia, están normalizadas con 5 diámetros

posibles, que varían de 3m a 7m. Siempre se

construyen dos mitades, unidas entre sí por pernos.

Las poleas modernas se hacen de una llanta de

acero laminado, a veces con protectores contra el

desgaste.

Brazos sustentadores unan la llanta al cubo de la rueda. Los palieres son siempre de

rodillos, de un modelo llamado de rotula que permiten las flexiones del árbol.

d) Los dispositivos de seguridad

Todos tratan de evitar que la jaula golpee las poleas, accidente cuyas consecuencias

pueden ser catastróficas. Tal ocurre si la jaula no se detiene en el tiempo útil y su

movimiento continue hasta la polea. Resulta de ello:

El arranque de la polea y eventualmente;

La ruptura del cable

La caída brusca de la jaula

El deterioro del castillo.

Para evitar este gran peligro, se encuentran en el castillo los siguientes dispositivos:

El salvapoleas, entra en acción en el momento en que la jaula o el skip rebasa laentrada del pozo a una altura anormal. Es la misma jaula o el skip la que lo

manda. Desengancha el freno de seguridad de la maquina.

El estrechamiento del guionaje, se hace por encima del savapoleas, en una

longitud de alrededor 5 m. Su misión es de frenar la jaula en caso de falla del

salvapoleas.



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Las vigas de choque, colocada encima estrechamiento de las guías, deben, en

principio, provocar la ruptura del cable o de la ligadura antes de la llegada de la

jaula a las poleas.

Los calzos de seguridad, los dispositivos que acabamos de mencionar, se

encuentran de abajo arriba en el armazón del castillo. Por el contrario los calzos

están por debajo del estrechamiento de las guías. Se retiran durante el paso

ascendente de la jaula y forman a continuación resalto para retener una jaula

que volvería a caer después de encontrarse con las vigas de choque y romperse

su cable.

B. Torre de Extracción

Tiene el interés de suprimir la sala de maquinas en el suelo, acortar los cables y

despegar mucho en conjunto de exterior.

La torre rectangular es a menudo de hormigón armado. Contiene un armazón,

generalmente metálico, y que lleva los mismos dispositivos de seguridad que un

castillo. La torre doble de la figura tiene dos poleas Koepe multicables.Tiene 65m de

altura.

1.5.2. SISTEMA DE GUIONAJE: El guionaje constituye el camino por el que circulan o

deslizan las jaulas y los skips a lo largo del pique y a su vez los guía por dicho pique.

El guionaje se dispone en la caña del pique sujeto a una estructura formada por unas

vigas horizontales o traviesas como se muestra en la siguiente figura.



PIQUES


Para deslizar sobre el guionaje, la jaula tiene unas manos de agarre, que se sitúan en

su parte lateral o frontal.Antiguamente el guionaje era de madera de roble y luego de otras maderas resistentes

a la humedad, de sección cuadrada o rectangular. Posteriormente estos guionajes de

madera se sustituyeron por carriles sobre vigas metálicas.

Otro tipo de guionaje es el elástico de cables de acero, prácticamente en desuso hoy

en día pese a ser más económico, porque permite movimientos laterales de las jaulas,

con el riesgo de que choquen contra la caña del pique o entre ellas cuando se cruzan.

En la actualidad los guionajes están formados por dos perfiles, normalmente en U,

Soldados

Guionaje de Acero



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Guionaje de Acero con Rodillos de PVC

1.5.3. ELEMENTO DE TRANSPORTE: El elemento de transporte en la extracciónpuede ser una jaula o un skip.

A continuación se describen ambos elementos:

A. Jaula:

La jaula es el elemento de extracción de personal, material, maquinaria y vagones, que

pueden ir llenos o vacíos. Está formada por una caja de chapa de acero o dealeaciones ligeras, normalmente perforada para aligerar peso, con una armadura que le

da solidez y consistencia. Tienen uno o varios pisos y están dotadas de un hueco

practicable en el techo y en el piso intermedio para una hipotética evacuación del

personal en emergencias. En su interior, tienen una vía que puede ser sencilla o doble,

así como topes de sujeción de vagones para evitar oscilaciones y movimientos bruscos

que desequilibren la jaula. En la siguiente fotografía se muestran dos jaulas de dos

pisos siendo descargadas de un camión. Se aprecia el cierre de persiana y, en la jaulainferior, el techo practicable y la vía sencilla.

Por tanto, en una jaula se pueden transportar uno, dos, cuatro y ocho vagones, según

sea de un piso con vía sencilla o doble, o de dos pisos con vía sencilla o doble, véase

la siguiente figura.



PIQUES


Una jaula como la de la figura, de dos pisos para cuatro vagones, tiene una capacidad

de unas 36 personas por piso cuando se trata de una cordada de personal.La velocidad máxima de circulación permitida es diferente en el caso de material o

mineral y en el caso del personal: 10 m/s para el material y 6 m/s para el personal,

salvo que las correspondientes disposiciones internas de la empresa restrinjan aún

más estos valores.

La operación de introducir los vagones en la jaula se denomina embarque, nombre que

también designa el último tramo de vía en contacto con la jaula, que es el que permite

la entrada y salida suave de los vagones. Este embarque suele ser por tablerososcilantes o puentes móviles.

1.5.4. Skip o vasija:

E l skip o vasija es el elemento de extracción que extrae el mineral a granel, eliminando

el embarque y desembarque de vagones. Para el mismo sistema de extracción, tiene

una mayor capacidad de carga de mineral o estéril, disminuyendo la duración de las

maniobras, con la consiguiente disminución del personal, tanto en el interior como elexterior, debido a que la maniobra se realiza en automático.

El skip se carga o llena de mineral por su parte superior en el interior de la mina y se

extrae la vasija hasta el exterior de la mina, donde se eleva el skip por encima del nivel

del embarque y se descarga por su parte inferior sin desengancharlo. Cuando el

sistema de transporte de la mina es continuo (cintas transportadoras), para regular el

paso de un sistema de transporte continuo a una extracción discontinua como es el

skip, se deben colocar tolvas reguladoras que permitan almacenar el continuo flujo de

mineral de las cintas.



PIQUES


Carga y Descarga en Skip

Skip



PIQUES


1.5.5 CABLES DE EXTRACCIÓN CON SUS AMARRES

A. Cables de extracción

El cable de extracción es un conjunto de hilos o alambres de acero de diámetro entre

1,5mm y 3,5mm, trenzados de una forma determinada (normalmente en hélice y en

sentido a derecha), con un alma central, a cuyo alrededor van arrollados los cordones,

que tiene la misión de absorber los esfuerzos internos de compresión que se producen

principalmente por aplastamiento en los órganos de arrollamiento. Cada cordón a su

vez tiene un alambre central y varios alambres trenzados.

B. Carga de rotura del cable

Para el cable de extracción se pueden definir tres tipos de carga de rotura:

Carga de rotura nominal o calculada: Es la carga teórica de rotura, que se

calcula multiplicando el área de la sección metálica de los alambres por la

resistencia nominal de los alambres (que está normalizada entre 160 y 180

kg/mm2).



PIQUES


Carga de rotura real: Es la carga máxima que soporta el cable antes de romper.

Según la norma UNE 7326, se determina por un ensayo destructivo de tracción,

sometiendo el cable a tracción hasta producir- su rotura.

Carga de rotura garantizada: Es la carga de rotura nominal multiplicada por el

coeficiente de cableado, que es un coeficiente que depende del tipo de cable y

varía en función del trenzado de los cordones y del tipo de cableado. La carga

de rotura garantizada debe ser menor que la carga de rotura real; es decir, se

debe de garantizar una carga por debajo de la cual el cable no rompería.

C. Tipos de cable redondo

Existen los siguientes tipos de cable redondos (que son los más frecuentes) en

función de su tipo de alma:

De alma textil: Imagen de la izquierda de la siguiente figura, que muestra un

cable 6x7+1, es decir, de seis cordones, de 7 alambres cada uno y un alma

textil.

De alma de cordón, con el alma formada por un cordón igual que el resto de los

cordones que conforman el cable (véase el cable de la imagen central de lafigura, del tipo 7x7+0).

De alma de cable: El alma es otro cable, con sus cordones y su alma, como se

aprecia en la figura anterior y a la derecha de la siguiente figura, que muestra un

cable 6x19+(7x7+0), con la composición del alma detallada entre paréntesis.

Tipos de Cables



PIQUES


D. Coeficientes de seguridad

Un aspecto muy importante a la hora de estudiar los cables de extracción es que, los

cables deben dimensionarse con unos valores mínimos de los coeficientes de

seguridad de proyecto, que a efectos del dimensionado de los cables se define como el

cociente entre la fuerza de rotura total mínima del cable y la fuerza estática máxima

que soportará en servicio y que dependen del tipo de cordada (de personal o de

material) y de la longitud máxima de cable suspendida (L), medida entre la polea de

fricción o bobina de arrollamiento y la posición más baja que pueda alcanzar el aparato

de carga en el pozo o plano y expresada en metros .

En cualquier caso, para longitudes mayores de 500 m, el coeficiente de seguridad deproyecto mínimo en cordadas de material será siempre superior a 6. Por otra parte, los

cables deben cumplir con los estándares de fabricación y ser verificadas por un

laboratorio acreditado. Deben revisarse diariamente a una velocidad mayor o igual a 1

m/s para buscar deformaciones o roturas y semanalmente a una velocidad menor o

igual a 1 m/s, observando el número de alambres rotos, las deformaciones,

disminuciones de la sección y otros deterioros y prestando atención a las zonas que lo

requieran como consecuencia de los resultados de la inspección diaria. Con menorperiodicidad, deben realizarse otras revisiones.

Las siguientes fotografías muestran la revisión de un cable de extracción y el equipo

electromagnético de revisión de cables y la salida gráfica de una revisión.

Revisión de un Cable de Extracción



PIQUES


Equipo de Revisión de Cables

1.5.6. MÁQUINA DE EXTRACCIÓN: El tipo de máquina de extracción viene

determinado por el órgano de arrollamiento de los cables de extracción y por el tipo de

accionamiento de la máquina. En la actualidad es frecuente incluso modelizar el órgano

de arrollamiento.

Análisis de Elementos Finitos de un TamborA continuación se describe la clasificación de las máquinas en función del órgano de

arrollamiento, formado por un tambor, dos tambores o una polea en los que se enrolla

el cable, para posteriormente resumir los accionamientos posibles y el sistema de

frenado.

A. Doble tambor

El cable de extracción, con dos jaulas suspendidas una en cada extremo del cable,puede enrollarse en un sistema de tambores cilíndricos, que son dos tambores

gemelos calados en el mismo eje y accionados por un motor eléctrico (ver la siguiente

figura). Cuando gira el eje, en un cilindro el cable se enrolla en un sentido haciendo

ascender una de las jaulas mientras se desenrolla en el otro, permitiendo el descenso

de la otra jaula.



PIQUES


Dobles Tambores

El problema que presenta este sistema, principalmente cuando se trata de cordadas de

varios cientos de metros de longitud, es que se pueden producir oscilaciones

importantes del cable y, por tanto, de las jaulas que van suspendidas en los extremos.

Debido a ese riesgo de oscilaciones por diferencia de los momentos estáticos al inicio y

al final de la extracción, al sistema se le introdujeron modificaciones, con lo que solo se

emplea en pequeñas cordadas.

B. Polea Koepe

La polea Koepe o polea de fricción es, junto con la instalación de doble tambor

(habitualmente con cable de equilibrio) el sistema de arrollamiento que se emplea en

los sistemas de extracción modernos, pese a que ya fue desarrollado por el ingeniero

danés del mismo nombre a finales del siglo XIX.

Frente al doble tambor, la polea Koepe presenta una serie de ventajas: requiere un eje

menos largo (y, por tanto, menos robusto y pesado), el conjunto presenta un menor

momento de inercia, requiere menos espacio en la casa de máquinas y, para igual

trabajo, se emplea una menor potencia.



PIQUES


La instalación con polea Koepe se muestra en la siguiente figura, para el caso del

castillete (con la polea Koepe en el suelo, situada en el interior del edificio de

extracción).

Polea Koepe para Castillete

C. Frenos

Además de ser capaces de frenar con el propio motor, las máquinas de extracción

deben disponer de dos frenos que actúen sobre el tambor o la polea Koepe, con los

mandos dispuestos al alcance del maquinista para que pueda accionarlos rápidamente

y sin cambiar de posición. Estos frenos son:

Freno de maniobra, que actúa durante las maniobras habituales de extracción

(frenos de zapata, ver siguiente fotografía).

Freno automático de seguridad, del tipo de contrapeso, sin intervención de

engranajes.



PIQUES


Frenos de Zapata

Cada freno debe ser capaz de detener y mantener inmovilizada la máquina incluso en

las condiciones más desfavorables. Pueden tener los mismos órganos de fricción y de

transmisión, pero sus mandos deben ser distintos y distanciados. Además, al menos

uno de los frenos debe poder actuar incluso si falta la energía utilizada normalmente

para su maniobra.

Los mecanismos de los frenos deben calcularse con un coeficiente de seguridad

mínimo de 5 con relación a la fuerza de frenado máxima utilizada en servicio.

1.5.7 EMBARQUES – IZAJE

Los embarques o enganches son la zona de la mina en la que el transporte horizontal

(que viene de las galerías o de la plaza de la mina) se transforma en extracción vertical

(del pique) y la extracción vertical da paso de nuevo al transporte horizontal.

En el nivel de transporte, por un lado de la jaula se «desenjaulan» unos vagones y por

el lado contrario se «enjaulan» otros (ver siguiente figura).

Embarque de los Vagones



PIQUES


El acceso a la jaula suele efectuarse mediante un empujador neumático o hidráulico,

con tableros oscilantes con accionamiento también neumático o hidráulico, que

permiten el acceso de los vagones a la jaula (véase la siguiente fotografía). El acceso

del pique está protegido con puertas que deben estar siempre cerradas y sólo se abren

y cierran cuando la jaula está en planta y se procede a efectuar las maniobras de

enjaule y desenjaule.

Tableros Oscilantes

Para facilitar el embarque se construye un lazo, que une las vías de cargado y de vacío

(ver siguiente figura). Los vagones vacíos acceden a la jaula desde la vía de vacío a

través del enlace AB, mientras que los cargados lo hacen directamente desde su vía y

los vagones desenjaulados retornan por el lazo C. En cualquier caso, se utiliza la

gravedad para ayudar al movimiento de los vagones y además se emplean cables,

cadenas, empujadores, frenos y topes.

Lazo de Embarque



PIQUES


1.6. PERFORACIÓN Y VOLADURA EN UN PIQUE:

1.6.1. MAQUINAS A UTILIZAR PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN PIQUE:

La perforación del pique se puede realizar en las siguientes formas:

a) Perforación Manual: Esta se ejecuta con máquinas livianas o semipesados Jack

Hammer; para la ejecución de las barreras se pueden utilizar una serie como la de 0.8,

1.6, 2.4 o iniciar directamente la perforación con el barreno más largo desde una

tarima.

Existen los siguientes tipos de perforaciones manuales: ROTARY DRILLS (Perforadora Rotatoria): son usadas en terrenos relativamente

blandos. Estas pueden ser montadas sobre Jumbos.

HAND – HELD SINKERS (Perforadora a Mano): Son usadas en piques

pequeños o cuando el fondo del pique va en bancos.

b) Perforación Mecánica: Aun no se han utilizado en el Perú, Esta se realiza usando

Jumbos para piques; estos pueden ser hidráulicos o neumáticos. Existen los siguientestipos:

Jumbo Tipo Paraguas: Aquí los Jumbos se proyectan de modo que se habrán o

cierren como paraguas para poder pasar por la abertura del balde en la Jaula de

la profundización.

Jumbo soportado en Anillos: Consiste en un riel circular soportado desde el

revestimiento o la jaula de profundización y fijo a la pared con empujadoras

neumáticas. Del riel salen las patas neumáticas que mueven las máquinasperforadoras.



PIQUES


c) proceso de perforación raise boring

La perforación Raise Boring es un proceso moderno de perforación de rocas, mediante

el cual se efectúan hoyos verticales o inclinados entre dos niveles diferentes que

deben ser conectados entre si. Estos niveles pueden estar ambos bajo tierra o un nivel

puede estar en superficie y el otro nivel bajo tierra.

Partes y Características del Equipo de Perforación

El equipo de perforación Raise Boring está formado por lo siguiente:

a. Máquina Raise Boring: que proporciona la fuerza de empuje y de rotación

requerida para la rotura de la roca.

b. Unidad de potencia: que proporciona la energía a la maquina Raise Boring.

c. Panel de control: que permite al operador de la máquina controlar el

movimiento vertical o de rotación de la columna de perforación.

d. Columna de perforación: que permite conectar la maquina Raise Boring con

los elementos de corte de roca. Esta columna está formada por:

Broca piloto, es el elemento de corte utilizado para la perforación del hueco

piloto y va instalada en la parte inferior de la columna de perforación. Está

formado por un cuerpo cilíndrico hueco en su interior que en un extremo tiene

instalado 3 conos de acero con insertos de carburo de tungsteno y en el otro

extremo tiene un pin roscado (rosca API) para conectarse con el bit roller.

Bit roller, es el elemento que asegura que la broca piloto siempre esté centrada

durante la perforación del hueco piloto. Está formado por un cuerpo cilíndrico

hueco en su interior, que lleva instalado 3 cortadores cilíndricos. En uno de sus

extremos termina en un hueco roscado (rosca API) para conectarse con la broca

piloto y en el otro extremo termina en un pin roscado (rosca DI-22) para

conectarse con el estabilizador.



PIQUES


Estabilizador, es el elemento que ayuda a minimizar la desviación durante la

perforación del hueco piloto y a soportar los mayores esfuerzos producidos

durante el rimado. Está formado por un cuerpo cilíndrico, hueco en su interior,

con 6 franjas longitudinales que tienen superficies altamente endurecidas. En

uno de sus extremos lleva un hueco roscado (rosca DI-22) para conectarse con

el bit roller y en el otro extremo lleva un pin roscado (rosca DI-22) para

conectarse con otro estabilizador o con el tubo de perforación. Dependiendo de

la longitud del hueco piloto, se pueden conectar 1 o más estabilizadores.

Tubos de perforación, son los elementos que permiten a la columna deperforación estar conectado a la máquina raise boring. El tubo de perforación en

uno de sus extremos lleva un hueco roscado (rosca DI-22) para conectarse con

el estabilizador o con los siguientes tubos roscados y en el otro extremo lleva un

pin roscado (rosca DI-22) para conectarse con los otros tubos de perforación y

con la máquina raise boring. La cantidad de tubos de perforación depende de la

longitud del hueco piloto que puede llegar hasta los 600 m.

Cabeza rimadora, es el elemento de corte de roca utilizado durante la operación

de rimado para agrandar el tamaño del hueco piloto al diámetro final requerido y

está formado por una serie de cortadores de roca, los cuales están

convenientemente instalados sobre una base metálica.

Dependiendo del tamaño del hoyo rimado, existen cabezas rimadoras de 5 pies,

6 pies, 7 pies, 8 pies, 10 pies y 15 pies de diámetro.



PIQUES


CICLO DE PERFORACIÓN



PIQUES


DIVERSOS TIPOS DE PERFORACIÓN USANDO RAISE BORER



PIQUES


1.6.2. CANTIDAD DE TALADROS POR METRO CUADRADO

Los factores más importantes que influyen aquí, son:

El tamaño del pique.

Naturaleza de la formación rocosa.

Grado de fragmentación requerida.

Diámetro de la carga a ser usada.

Tipo de corte.

Tipo de explosivos.

No existirá un número exacto de taladros para toda la profundización, sino que de

acuerdo al avancen encontrarán distintos tipos de rocas con diferentes presiones y

configuraciones por lo cual la cantidad de taladros es variada.

El gran número de taladros en este rango mayormente está atribuido al concepto de

una generosa distribución del explosivo por vía de un mayor número de taladros

perforados que los estrictamente necesarios.

Refiriéndose a la ecuación la línea muestra la tendencia que tienen los taladros, lo cual

deriva en una ecuación la cual provee el número de taladros requeridos para piques dedeterminado diámetro. La ecuación que muestra esta tendencia es la siguiente:

N = 2.5 x A + 22

Donde:

N: Número de taladros requeridos

A: Área de la sección transversal del pique (m2)

La correcta alineación del pique influirá siempre en una disminución del costo de

revestimiento.



PIQUES


1.6.3. VOLADURAS EN PIQUES

Generalmente para la profundización del pique se requieren usar explosivos más

efectivos o con más potencia que los tradicionales debido al empotramiento que se

debe vencer.

La cantidad del explosivo y la potencia de este, se determina con pruebas en el terreno.

Una gran potencia de explosivos nos indicará siempre una mayor efectividad. En

lugares donde hay enmaderado para sostener el terreno, una alta potencia podría

dañar la enmaderación.

En profundidades se podría indicar que un factor de explosivos práctico es de 3.3kg/m3 y 5.9 kg/m3. Aproximadamente, dependiendo del tipo de pique y dureza del

terreno.



PIQUES


1.6.4. DETONADORES ELECTRICOS:

Normalmente se utilizan detonadores eléctricos, en conexión serie o paralelo,

dependiendo del explosor disponible y la cantidad de taladros para la voladura.

La voladura eléctrica es más aceptable y segura que los otros tipos de voladura, debido

a su bajo costo y a que en voladuras en serie, con sólo dispar las explosiones se van

produciendo sucesivamente, conforme al número de retardos que se hayan empleado

si bien ahora existen los detonadores de retardo no eléctricos y con las mismas

características que estos, su uso se hace restringido debido a su alto costo.

Como regla general se usa en piques de gran diámetro o con muchos taladros un

encendido en paralelo o series en paralelo y en piques pequeños un circuito en serie.

1.7. CARGUIO Y TRANSPORTE EN PIQUES:

En la construcción del pique, se realiza utilizando palas mineras de mango corto,

estimándose un rendimiento de 1.2 m3/hombre y considerando una superficie de

trabajo de 3 m2 por cada operario. Las cucharas están suspendidas por un cable con

un largo proporcional a la profundidad. Se llenan en el fondo del pique y se vacía

afuera.En el caso de cucharas con varias garras, se han logrado mayores avances con las

cucharas que deben abrirse y volverse a cerrar, con el inconveniente de que en piques

de gran diámetro se producen oscilaciones. Su rendimiento no depende únicamente de

la cuchara, sino que también del cable de extracción, el que depende de su capacidad,

grado de llenado y tiempo de ciclo de carga, el que es proporcional a la dureza y

fracturamiento de la roca.

Se pueden distinguir dos grupos:

a) Cuchara Scheldt e Intrafor: En piques de diámetro pequeños pueden ser

empleados porque ocupan poco espacio.

El inconveniente que presenta la cuchara Scheldt es la fijación a la pared del pique a la

diferencia de la cuchara Intrafor que posee mejor sistema de fijación a la pared.



PIQUES


b) Cuchara Cryderman: También se fija a la pared del pique, con la diferencia de que

la garra no es suspendida por un cable sino por un brazo telescópico articulado en la

parte inferior y movido por energía neumática.



PIQUES


1.7. TIPO DE SOSTENIMIENTO

a) PERNOS DE ROCA: Pueden ser con o sin fricción hay centenares de tipos

diferentes de anclaje en el mundo por lo que sería imposible señalarlos a todos, pero

se pueden presentar los más importantes, y los más utilizados en el Perú:

Varillas de Madera

Varillas de Acero Ancladas o inyectadas sin tensar.

Anclas Mecánicamente tensada y fijadas.

Anclas Tensadas e Inyectadas.

b) MALLAS: La malla se utiliza para retener pequeñas piedras sueltas o como

refuerzos para el concreto lanzado. En las excavaciones subterráneas se utilizan dos

tipos de mallas:

Malla de Eslabones

Malla Soldada.

c) CONCRETO LANZADO: En las excavaciones subterráneas cada vez el mortero yel concreto por aplicación neumática (conocido como “GUNITA” y “CONCRETO”

LANZADO”). Existen dos tipos de concreto lanzado, término que se utilizará en el

sentido general.

El concreto lanzado seco, como lo indicó su nombre, se mezcla en seco y se añaden

agua en la boquilla. El concreto lanzado húmedo se mezcla como un concreto de

revestimiento bajo y así es bombeado contra la boquilla. En el caso de la mezcla seca,

puede incorporarse un acelerante en la mezcla, pero en caso de la mezcla húmedatendrá que añadirse en la boquilla.

d) FORTIFICACIÓN DE PIQUES: En la elección de un sistema de fortificación

utilizable se debe considerar la función que debe cumplir esta, por cuanto tiempo

estaría en funciones, que calidad de trabajo realizará, etc. y además de los esfuerzos

presentes en el terreno (fortificación rígida, semirígida o deslizante); si esta será de tipo

activa o inactiva o será fortificación de carácter permanente o temporal:



PIQUES


En general una fortificación puede ser:

Revestimiento de ladrillo.- Para las presiones que normalmente tendrán que

soportar se usarán ladrillos corrientes con una resistencia de 150 Kg/cm2 para

piques con diámetros hasta de 6 mts y aumento de espesor a medida que

aumenta el diámetro.

Revestimiento de Hormigón.- El hormigón empleado debe tener la menor

cantidad de huecos posibles con 300 a 400 kg./m3 de cemento y con una

relación en peso de agua cemento de 25% a 30% de contenido de agua en peso

de cemento. El ancho de la pared es de 40 a 60 cms. Con un alto de un solo

hormigonizado de 30m.

De los distintos tipos de Hormigón, se tienen principalmente dos:

- Hormigón Armado: en cuanto a resistencia reemplazado por el hormigón en masa y

bloques moldeados.

- Blindaje: es un revestimiento impermeable aplicado a profundidades medias y

grandes. Son anillos compuestos de varios segmentos montados uno encima de otrorellenando el espacio entre ellos y la pared del pique con hormigón de esta manera se

forma una columna cerrada de hormigón, con un blindaje como revestimiento. Pueda

ser hierro fundido, moldeado o de acero laminado.

1.8. SEGURIDAD EN EL PIQUE:

Analizando los piques vemos que en la fase de construcción, es donde ocurre la mayor

parte de los accidentes.

Ya en la etapa de operación del pique observamos que si le damos mantenimiento a

los cables, podemos prever cuándo es el momento de cambiarlos, pero si están

dañados tendremos una serie de ocurrencias que destruirán el pique o lesionarán a los

trabajadores.



PIQUES


Es obligatorio probar todo el sistema completo de winches y malacates, y estar seguros

que los accesorios y controles funcionan y que las guías del pique se mantienen

alineadas.

1.9. DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD

Los accidentes más habituales que suelen ocurrir en la extracción vertical son los

debidos a fallos en los dispositivos de frenado, en la máquina de extracción,

interferencias en e1 recorrido por errores en los sistemas de embarque o debidos a una

maniobra equivocada, que como consecuencia derivan en rotura de cables y/o que las jaulas o skips lleguen a gran velocidad al embarque exterior, estrellándose contra la

estructura de la torre o castillete. Los riesgos que pueden ocasionarse son:

Riesgo de rotura de poleas o de la máquina extracción.

Riesgo de rotura del cable, lo que implicaría la caída libre de la jaula o del skip

por la caña del pique. En este caso, la jaula o el skip destrozarían lo que se

fuesen encontrando en su caída: desde la propia instalación de la extracción(castillete, guionaje, embarques), hasta las tuberías que están en la caña del

pozo (de aire comprimido y agua) y los cables eléctricos, etc.

Riesgo de vidas humanas, si en las jaulas se transporta personal.

Para evitar este accidente, las normas de seguridad se han vuelto más

restrictivas, pero además se han incorporado sistemas de frenado y de defensa

que no permiten que un posible error humano cause un accidente Y que, en el

caso de producirse, minimizan sus efectos. Estas medidas son:1.9.1. Salvapoleas: Entraría en acción si la jaula rebasase el embarque exterior. Es un

dispositivo que actúa sobre el freno de seguridad, con lo que podría detener la jaula o

el skip.

1.9.2. Convergencia del guionaje: Por si el salvapoleas no consiguiese detener la

jaula o el skip, el guionaje se estrecha durante 5 m para acuñar la jaula o el skip y que

así frenen su ascensión.

Vigas de choque: Aún en el caso de que rebasase la zona de convergencia deguionaje, la jaula o el skip chocarían contra las denominadas vigas de choque, de



PIQUES


manera que se detendrían contra ellas y se rompería el cable, pero no llegarían a las

poleas y/o máquina de extracción.

1.9.3. Taquetes de seguridad: Si se rompe el cable, entran en acción los taquetes,

que permiten a la jaula o skip ascender, pero que se cerrarían bajo ella para impedir su

caída libre.

Taquetes de Seguridad



PIQUES


2. CONCLUSIONES

Ya sabemos los ítems que tenemos que tomar en cuenta para optar por un sistema de

piques, pasar de un sistema de rampa al de piques.

Las consideraciones para el diseño del pique (aspectos geológicos, hidrogeológicos,

geotecnia, geomecanicos. Del lugar donde se va ejecutar el pique)

La tendencia en la elección de la sección transversal del pique es la circular .Porque es

un método de profundización de menos costo y mayor efectividad.



PIQUES


3. RECOMENDACIONES

Las consideraciones para el diseño de piques se realiza en la fase de ingeniería

conceptual, al parecer del grupo mientras más parámetros se defina para el diseño de

un pique en una mina será mejor ya que así se preverá más puntos.

La asesoría externa de de grupos especializados es muy importante.



PIQUES


4. ANEXOS

EXPERIENCIAS EN EL PERÚ:

PIQUE JACOB TIMMERS

Se piensa en el proyecto pique Jacob timmers ante la necesidad de extracción de

mineral, reducción de los costos de producción, profundización de los niveles de

extracción.

Ante esto la empresa realiza un planeamiento integral para la ejecución del proyecto

pique j. timmers.

Planificación:1. Fase 1: ideas preliminares y estudio de factibilidad.

2. Fase 2: ingeniería conceptual y planeamiento de la ejecución del proyecto.

3. Fase 3: compra de los equipos principales.

Ingeniería:

1. Fase 4: ingeniería básica y de detalle e ingeniería de profundización.

Cronograma del proyecto de construcción del pique Jacob timmers

Presupuesto del proyecto Participación de firmas especializadas

Con que contamos (EPCM)

En la primera fase el área multidisciplinario de la propia empresa (EACH) encargada

del planeamiento, mina, y proyectos. Identifica las necesidades, oportunidades de

inversión, evalúa las alternativas (continuar la profundización de la rampa,

profundización o ampliación de sus otros piques, nuevo pique.

El equipo multidisciplinario considera para la selección de su alternativa elplaneamiento de la mina, la mina, geología e hidrogeología, geomecanica. Al

seleccionar su alternativa determina la inversión requerida y un estudio de factibilidad

(si es justificable).

En esta fase los parámetros de diseño que se utilizaron fueron:



PIQUES


En la segunda etapa de planificación fase 2: ingeniería conceptual, compra de equipos

principales y planeamiento de la ejecución del proyecto.

Desarrollo de la ingeniería conceptual: se definieron casi 200 parámetros y criterios

generales de diseño para el cálculo y selección adecuada de equipos y componentes: -

incidencia en la infraestructura y sistemas operativos. –grado o nivel de automatización

del proyecto. –performance de los equipos de izaje y de servicios. –planos

conceptuales de los componentes del proyecto. –monto de inversión.Se realiza la compra de equipos principales para el izaje y servicio, las alternativas

posibles de excavación del pique, se desarrolla el planeamiento de ejecución del

proyecto con asesoría externa.

En la fase de ingeniería básica y de detalle se realizan los estudios de suelo,

hidrogeológicos, geomecanicos y una evaluación energética y de servicios auxiliares.

con asesoría externa. El resultado de esto es la elaboración de planos y cálculos

específicos.



PIQUES




PIQUES


Finalmente la fase de cronograma de construcción del pique.



PIQUES


ETAPA DE DESARROLLO DEL PIQUE J. TIMMERS



PIQUES




PIQUES

5. BIBLIOGRAFIA

Compañía peruana de uso minero ecológico y técnico telefax:(01)2957356,

capacitación para trabajadores mineros cerro rico-base rey sistemas de izaje en

minería subterránea piques y winches.

Reglamento ambiental para actividades mineras decreto supremo nº 24782 31

de julio de 1997 Gonzalo Sánchez de losada presidente constitucional de la

republica.

Seguridad en el manejo y operación de piques. Rev. Inst. Investig. FAC. Minas

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CRUZ CARRASCO, Estanislao.

Edición omega - Explotación de Minas, tomo 3 Profesor V. Vidal, traducido por

garcía Gonzáles.

Tratado de Labores mineras C. H. Fritzsche-Editorial Labor. S. A. –Barcelona-Madrid.

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Revista de seguridad minera (ISEM) – publicación numero 55 mayo del 2007

Capacitación para trabajadores mineros cerro rico –base rey (Sistema de izaje

en minería subterránea piques y winches año 2006)

Planeamiento integral para la ejecución del proyecto pique J. Timmers – marzo

2011 (Ernesto Zelaya Luis Al

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Trabajo Final de Pique

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