Hay minas subterráneas en todo el mundo que presentan un caleidoscopio de métodos y equipos. Hay aproximadamente 650 minas subterráneas, cada una con una producción anual que supera las 150,000 toneladas, que representan el 90% de la producción de mineral del mundo occidental. Además, se estima que hay 6,000 minas más pequeñas, cada una de las cuales produce menos de 150,000 toneladas. Cada mina es única con un lugar de trabajo, instalaciones y trabajos subterráneos dictados por los tipos de minerales que se buscan y la ubicación y las formaciones geológicas, así como por consideraciones económicas como el mercado para el mineral en particular y la disponibilidad de fondos para la inversión. Algunas minas han estado en operación continua durante más de un siglo, mientras que otras apenas están comenzando.

Las minas son lugares peligrosos donde la mayoría de los trabajos implican un trabajo arduo. Los peligros que enfrentan los trabajadores van desde catástrofes como derrumbes, explosiones e incendios hasta accidentes, exposición al polvo, ruido, calor y más. La protección de la salud y la seguridad de los trabajadores es una consideración importante en las operaciones mineras realizadas correctamente y, en la mayoría de los países, lo exigen las leyes y los reglamentos.

la mina subterranea

La mina subterránea es una fábrica ubicada en la roca madre dentro de la tierra en la que los mineros trabajan para recuperar los minerales escondidos en la masa rocosa. Perforan, cargan y realizan voladuras para acceder y recuperar el mineral, es decir, roca que contiene una mezcla de minerales de los cuales al menos uno puede procesarse en un producto que puede venderse con una ganancia. El mineral se lleva a la superficie para ser refinado en un concentrado de alto grado.

Trabajar dentro de la masa rocosa muy por debajo de la superficie requiere infraestructuras especiales: una red de pozos, túneles y cámaras que se conectan con la superficie y permiten el movimiento de trabajadores, máquinas y rocas dentro de la mina. El pozo es el acceso al subsuelo donde galerías laterales conectan la estación del pozo con los rebajes de producción. La rampa interna es una galería inclinada que une los niveles subterráneos a diferentes elevaciones (es decir, profundidades). Todas las aberturas subterráneas necesitan servicios tales como ventilación de escape y aire fresco, energía eléctrica, agua y aire comprimido, drenajes y bombas para recolectar el agua subterránea filtrada y un sistema de comunicación.

Instalaciones y sistemas de elevación

El headframe es un edificio alto que identifica la mina en la superficie. Se encuentra directamente sobre el pozo, la arteria principal de la mina a través de la cual los mineros entran y salen de su lugar de trabajo y a través de la cual se bajan los suministros y el equipo y se elevan el mineral y los materiales de desecho a la superficie. Las instalaciones de pozos y polipastos varían según la necesidad de capacidad, profundidad, etc. Cada mina debe tener al menos dos pozos para proporcionar una ruta alternativa de escape en caso de emergencia.

La elevación y el desplazamiento del eje están regulados por normas estrictas. El equipo de elevación (p. ej., enrollador, frenos y cable) está diseñado con amplios márgenes de seguridad y se revisa a intervalos regulares. El interior del pozo es inspeccionado regularmente por personas que se encuentran en la parte superior de la jaula, y los botones de parada en todas las estaciones activan el freno de emergencia.

Las puertas frente al eje bloquean las aberturas cuando la jaula no está en la estación. Cuando llega la jaula y se detiene por completo, una señal despeja la puerta para que se abra. Después de que los mineros hayan entrado en la jaula y cerrado la puerta, otra señal despeja la jaula para moverse hacia arriba o hacia abajo del pozo. La práctica varía: los comandos de señales pueden ser dados por un guía de jaula o, siguiendo las instrucciones publicadas en cada estación de pozo, los mineros pueden señalar los destinos de los pozos por sí mismos. Por lo general, los mineros son muy conscientes de los peligros potenciales en la conducción y elevación de pozos, y los accidentes son raros.

perforación diamantina

Un depósito mineral dentro de la roca debe mapearse antes del inicio de la extracción. Es necesario saber dónde se encuentra el yacimiento y definir su ancho, largo y profundidad para lograr una visión tridimensional del yacimiento.

La perforación diamantina se utiliza para explorar una masa rocosa. La perforación se puede realizar desde la superficie o desde la galería en la mina subterránea. Una broca tachonada con pequeños diamantes corta un núcleo cilíndrico que queda atrapado en la cadena de tubos que sigue a la broca. El núcleo se recupera y analiza para averiguar qué hay en la roca. Las muestras de núcleo se inspeccionan y las porciones mineralizadas se dividen y analizan para determinar el contenido de metal. Se requieren extensos programas de perforación para ubicar los depósitos minerales; se perforan agujeros en intervalos horizontales y verticales para identificar las dimensiones del yacimiento (ver figura 1).

Figura 1. Patrón de perforación, mina Garpenberg, una mina de plomo y zinc, Suecia

Desarrollo de la mina

El desarrollo de la mina involucra las excavaciones necesarias para establecer la infraestructura necesaria para la producción de rebajes y para preparar la futura continuidad de las operaciones. Los elementos de rutina, todos producidos por la técnica de perforación-explosión-excavación, incluyen galerías horizontales, rampas inclinadas y elevaciones verticales o inclinadas.

Hundimiento del eje

El hundimiento del pozo implica la excavación de roca que avanza hacia abajo y generalmente se asigna a los contratistas en lugar de que lo haga el personal de la mina. Requiere trabajadores experimentados y equipo especial, como un cabezal de hundimiento de pozos, un polipasto especial con un balde grande que cuelga de la cuerda y un dispositivo de excavación de pozos con agarre de cactus.

El equipo de hundimiento del pozo está expuesto a una variedad de peligros. Trabajan en el fondo de una profunda excavación vertical. Las personas, el material y la roca volada deben compartir el balde grande. Las personas en el fondo del pozo no tienen dónde esconderse de los objetos que caen. Claramente, el hundimiento de pozos no es un trabajo para los inexpertos.

Deriva y rampa

Una deriva es un túnel de acceso horizontal utilizado para el transporte de rocas y minerales. La excavación de galerías es una actividad rutinaria en el desarrollo de la mina. En las minas mecanizadas, se utilizan perforadoras jumbo electrohidráulicas de dos brazos para la perforación frontal. Los perfiles de deriva típicos son de 16.0 m² de sección y el frente está perforado a una profundidad de 4.0 m. Los pozos se cargan neumáticamente con un explosivo, generalmente a granel de nitrato de amonio (ANFO), desde un camión de carga especial. Se utilizan detonadores no eléctricos (Nonel) de retardo corto.

El desescombro se realiza con vehículos LHD (carga-transporte-descarga) (ver figura 2) con una capacidad de balde de aproximadamente 3.0 m³. El estiércol se transporta directamente al sistema de paso de mineral y se transfiere a un camión para recorridos más largos. Las rampas son pasajes que conectan uno o más niveles en pendientes que van desde 1:7 a 1:10 (una pendiente muy empinada en comparación con las carreteras normales) que proporcionan la tracción adecuada para equipos pesados ​​autopropulsados. Las rampas a menudo se conducen en espiral ascendente o descendente, similar a una escalera de caracol. La excavación en rampa es una rutina en el cronograma de desarrollo de la mina y utiliza el mismo equipo que la excavación a la deriva.

Figura 2. Cargador LHD

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El aumento de

Una elevación es una abertura vertical o muy inclinada que conecta diferentes niveles en la mina. Puede servir como acceso en escalera a los rebajes, como paso de mineral o como vía de aire en el sistema de ventilación de la mina. Criar es un trabajo difícil y peligroso, pero necesario. Los métodos de elevación varían desde la simple perforación y voladura manual hasta la excavación mecánica de roca con máquinas perforadoras de elevación (RBM, por sus siglas en inglés) (consulte la figura 3).

Figura 3. Métodos de crianza

Levantamiento manual

La elevación manual es un trabajo difícil, peligroso y físicamente exigente que desafía la agilidad, la fuerza y ​​la resistencia del minero. Es un trabajo para ser asignado solo a mineros experimentados en buenas condiciones físicas. Por regla general, la sección elevada está dividida en dos compartimentos por una pared de madera. Uno se mantiene abierto para la escalera que se usa para subir al frente, tuberías de aire, etc. El otro se llena con roca de voladura que el minero usa como plataforma cuando perfora la ronda. La separación de la madera se extiende después de cada vuelta. El trabajo implica subir escaleras, encofrado, perforación y voladura de rocas, todo realizado en un espacio reducido y mal ventilado. Todo lo realiza un solo minero, ya que no hay lugar para un ayudante. Las minas buscan alternativas a los peligrosos y laboriosos métodos de levantamiento manual.

El escalador

El escalador elevado es un vehículo que evita subir escaleras y gran parte de la dificultad del método manual. Este vehículo sube la elevación sobre un riel guía atornillado a la roca y proporciona una plataforma de trabajo robusta cuando el minero está perforando la ronda de arriba. Se pueden excavar elevaciones muy altas con el escalador de elevaciones con una seguridad mucho mejor que con el método manual. Sin embargo, la excavación elevada sigue siendo un trabajo muy peligroso.

La máquina perforadora de chimeneas

El RBM es una poderosa máquina que rompe la roca mecánicamente (ver figura 4). Se erige sobre la elevación planificada y se perfora un orificio piloto de unos 300 mm de diámetro para atravesar un objetivo de nivel inferior. El taladro piloto se reemplaza por un cabezal de escariado con el diámetro de la elevación prevista y el RBM se pone en reversa, girando y tirando del cabezal de escariador hacia arriba para crear una elevación circular de tamaño completo.

Figura 4. Máquina perforadora de elevaciones

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Control de tierra

El control del terreno es un concepto importante para las personas que trabajan dentro de un macizo rocoso. Es particularmente importante en minas mecanizadas que utilizan equipos con neumáticos de goma donde las aberturas de galería son de 25.0 m² de sección, a diferencia de las minas con galerías de vías donde suelen tener sólo 10.0 m². El techo a 5.0 m es demasiado alto para que un minero use una barra de escala para verificar posibles desprendimientos de rocas.

Se utilizan diferentes medidas para asegurar el techo en las aberturas subterráneas. En la voladura suave, los pozos de contorno se perforan muy juntos y se cargan con un explosivo de baja potencia. La explosión produce un contorno suave sin fracturar la roca exterior.

Sin embargo, dado que a menudo hay grietas en la masa rocosa que no se ven en la superficie, las caídas de rocas son un peligro siempre presente. El riesgo se reduce mediante el bulonado, es decir, la inserción de varillas de acero en las perforaciones y su fijación. El perno para roca mantiene unido el macizo rocoso, evita que se propaguen las grietas, ayuda a estabilizar el macizo rocoso y hace que el entorno subterráneo sea más seguro.

Métodos para Minería Subterránea

La elección del método de extracción está influenciada por la forma y el tamaño del depósito de mineral, el valor de los minerales contenidos, la composición, estabilidad y resistencia de la masa rocosa y las demandas de producción y condiciones de trabajo seguras (que a veces están en conflicto ). Si bien los métodos de minería han ido evolucionando desde la antigüedad, este artículo se centra en los utilizados en minas semimecanizadas o totalmente mecanizadas a finales del siglo XX. Cada mina es única, pero todas comparten los objetivos de un lugar de trabajo seguro y una operación comercial rentable.

Minería de cámara plana y pilar

La minería de cuarto y pilar es aplicable a la mineralización tabular con buzamiento horizontal a moderado en un ángulo que no exceda los 20° (ver figura 5). Los depósitos son a menudo de origen sedimentario y la roca a menudo se encuentra tanto en la pared colgante como en la mineralización en competencia (un concepto relativo aquí, ya que los mineros tienen la opción de instalar pernos de roca para reforzar el techo donde su estabilidad está en duda). La cámara y el pilar es uno de los principales métodos subterráneos de extracción de carbón.

Figura 5. Minería de cuarto y pilar de un yacimiento plano

La cámara y el pilar extraen un yacimiento mediante la perforación horizontal que avanza a lo largo de un frente de múltiples caras, formando habitaciones vacías detrás del frente de producción. Se dejan pilares, secciones de roca, entre las habitaciones para evitar que el techo se derrumbe. El resultado habitual es un patrón regular de cámaras y pilares, cuyo tamaño relativo representa un compromiso entre mantener la estabilidad de la masa rocosa y extraer la mayor cantidad de mineral posible. Esto implica un análisis cuidadoso de la resistencia de los pilares, la capacidad de luz de los estratos del techo y otros factores. Los pernos de roca se utilizan comúnmente para aumentar la resistencia de la roca en los pilares. Los rebajes extraídos sirven como caminos para los camiones que transportan el mineral al silo de almacenamiento de la mina.

La cara del rebaje de la cámara y el pilar se taladra y se dinamita como si fuera a la deriva. El ancho y la altura del rebaje corresponden al tamaño de la galería, que puede ser bastante grande. Los jumbos de perforación grandes y productivos se utilizan en minas de altura normal; Los equipos de perforación compactos se utilizan cuando el mineral tiene menos de 3.0 m de espesor. El yacimiento grueso se extrae en pasos que comienzan desde la parte superior para que el techo se pueda asegurar a una altura conveniente para los mineros. La sección de abajo se recupera en cortes horizontales, perforando agujeros planos y volando contra el espacio de arriba. El mineral se carga en camiones en el frente. Normalmente, se utilizan cargadores frontales y volquetes regulares. Para la mina de baja altura, hay disponibles camiones mineros especiales y vehículos LHD.

La cámara y el pilar son un método de minería eficiente. La seguridad depende de la altura de las salas abiertas y de los estándares de control del terreno. Los principales riesgos son los accidentes causados ​​por la caída de rocas y equipos en movimiento.

Minería inclinada de cámara y pilar

El cuarto y pilar inclinado se aplica a la mineralización tabular con un ángulo o buzamiento de 15° y 30° con respecto a la horizontal. Este es un ángulo demasiado pronunciado para que los vehículos con llantas de caucho asciendan y demasiado plano para un flujo de roca asistido por gravedad.

El enfoque tradicional del yacimiento inclinado se basa en el trabajo manual. Los mineros perforan barrenos en los rebajes con perforadoras manuales. El rebaje se limpia con raspadores de aguanieve.

El rebaje inclinado es un lugar difícil para trabajar. Los mineros tienen que escalar las empinadas pilas de roca volada llevando consigo sus perforadoras de roca, la polea de arrastre y los cables de acero. Además de los desprendimientos de rocas y los accidentes, existen los peligros del ruido, el polvo, la ventilación inadecuada y el calor.

Cuando los depósitos de mineral inclinados son adaptables a la mecanización, se utiliza la "minería en cámara escalonada". Esto se basa en convertir la pared de piso de “buzamiento difícil” en una “escalera” con escalones en un ángulo conveniente para las máquinas sin orugas. Los escalones son producidos por un patrón de diamante de rebajes y caminos de acarreo en el ángulo seleccionado a través del yacimiento.

La extracción de mineral comienza con perforaciones de escalones horizontales, que se ramifican a partir de una deriva de transporte de acceso combinada. El rebaje inicial es horizontal y sigue el muro colgante. El siguiente rebaje comienza un poco más abajo y sigue la misma ruta. Este procedimiento se repite moviéndose hacia abajo para crear una serie de pasos para extraer el yacimiento.

Se dejan secciones de la mineralización para soportar la pared colgante. Esto se hace minando dos o tres tramos de escalones adyacentes en toda su longitud y luego iniciando el siguiente tramo de escalones un escalón hacia abajo, dejando un pilar alargado entre ellos. Las secciones de este pilar se pueden recuperar más tarde como cortes que se perforan y vuelan desde el rebaje de abajo.

Los modernos equipos sin orugas se adaptan bien a la minería en cuartos escalonados. El rebaje se puede mecanizar completamente, utilizando equipos móviles estándar. Los vehículos LHD recogen el mineral volado en los rebajes y lo transfieren a un camión minero para transportarlo al eje/paso del mineral. Si el rebaje no es lo suficientemente alto para la carga de camiones, los camiones se pueden llenar en muelles de carga especiales excavados en el camino de transporte.

Detención por contracción

La reducción por contracción se puede denominar un método de minería "clásico", ya que fue quizás el método de minería más popular durante la mayor parte del siglo pasado. Ha sido reemplazado en gran medida por métodos mecanizados, pero todavía se usa en muchas minas pequeñas de todo el mundo. Es aplicable a depósitos minerales con límites regulares y buzamiento pronunciado alojados en un macizo rocoso competente. Además, el mineral volado no debe verse afectado por el almacenamiento en los taludes (p. ej., los minerales sulfurados tienen tendencia a oxidarse y descomponerse cuando se exponen al aire).

Su característica más destacada es el uso del flujo por gravedad para el manejo del mineral: el mineral de los rebajes cae directamente en los vagones de ferrocarril a través de rampas que evitan la carga manual, tradicionalmente el trabajo más común y menos deseado en la minería. Hasta la aparición de la pala neumática basculante en la década de 1950, no existía ninguna máquina adecuada para cargar roca en minas subterráneas.

El rebaje por contracción extrae el mineral en rebanadas horizontales, comenzando en los fondos de los rebajes y avanzando hacia arriba. La mayor parte de la roca volada permanece en el rebaje proporcionando una plataforma de trabajo para que el minero perfore agujeros en el techo y sirva para mantener estables las paredes del rebaje. Como la voladura aumenta el volumen de la roca en un 60 %, alrededor del 40 % del mineral se extrae del fondo durante la detención para mantener un espacio de trabajo entre la parte superior de la pila de escombros y el techo. El mineral restante se extrae después de que la voladura haya alcanzado el límite superior del rebaje.

La necesidad de trabajar desde la parte superior de la pila de escombros y el acceso a la escalera elevada impide el uso de equipos mecanizados en el rebaje. Solo se puede usar equipo lo suficientemente liviano para que el minero lo maneje solo. El taladro neumático y de roca, con un peso combinado de 45 kg, es la herramienta habitual para perforar el rebaje de contracción. De pie sobre la pila de escombros, el minero levanta el taladro/alimentador, ancla la pata, sujeta el taladro de roca/acero contra el techo y comienza a perforar; no es un trabajo fácil.

Minería de corte y relleno

La minería de corte y relleno es adecuada para un depósito mineral con buzamiento pronunciado contenido en una masa rocosa con una estabilidad buena a moderada. Remueve el mineral en rebanadas horizontales a partir de un corte inferior y avanza hacia arriba, lo que permite ajustar los límites de los rebajes para seguir la mineralización irregular. Esto permite extraer selectivamente secciones de alta ley, dejando en su lugar el mineral de baja ley.

Después de limpiar el rebaje, el espacio extraído se rellena para formar una plataforma de trabajo cuando se extrae la siguiente rebanada y para agregar estabilidad a las paredes del rebaje.

El desarrollo para la minería de corte y relleno en un entorno sin caminos incluye una unidad de acarreo de pared de base a lo largo del cuerpo mineralizado en el nivel principal, socavación del rebaje provista de drenajes para el relleno hidráulico, una rampa en espiral excavada en la pared de base con desvíos de acceso a los rebajes y una elevación desde el rebaje hasta el nivel superior para ventilación y transporte de relleno.

parada en voladizo se utiliza con corte y relleno, con roca seca y arena hidráulica como material de relleno. Overhand significa que el mineral se perfora desde abajo mediante la voladura de una rebanada de 3.0 m a 4.0 m de espesor. Esto permite perforar el área completa del rebaje y la voladura del rebaje completo sin interrupciones. Los orificios "superiores" se perforan con simples taladros de carro.

La perforación y voladura de pozo arriba deja una superficie de roca áspera para el techo; después del desescombro, su altura será de unos 7.0 m. Antes de permitir que los mineros ingresen al área, se debe asegurar el techo recortando los contornos del techo con voladura suave y luego raspando la roca suelta. Esto lo hacen los mineros que utilizan perforadoras manuales que trabajan desde la pila de escombros.

In parada frontal, el equipo sin orugas se utiliza para la producción de mineral. Los relaves de arena se utilizan como relleno y se distribuyen en los rebajes subterráneos a través de tuberías de plástico. Los rebajes se llenan casi por completo, creando una superficie lo suficientemente dura como para ser atravesada por equipos con neumáticos de goma. La producción de rebajes está completamente mecanizada con jumbos a la deriva y vehículos LHD. La cara del rebaje es una pared vertical de 5.0 m a través del rebaje con una ranura abierta de 0.5 m debajo. Se perforan pozos horizontales de cinco metros de largo en el frente y se lanza el mineral contra la ranura inferior abierta.

El tonelaje producido por una sola voladura depende del área del frente y no se compara con el producido por la voladura de rebaje superior. Sin embargo, el rendimiento de los equipos sin orugas es muy superior al del método manual, mientras que el control del techo puede lograrse con la perforadora jumbo, que perfora barrenos de voladura suave junto con la voladura del rebaje. Equipado con un cucharón de gran tamaño y neumáticos grandes, el vehículo LHD, una herramienta versátil para la limpieza y el transporte, se desplaza fácilmente sobre la superficie de llenado. En un rebaje de doble cara, el jumbo de perforación se acopla en un lado mientras que el LHD maneja la pila de escombros en el otro extremo, proporcionando un uso eficiente del equipo y mejorando la producción.

Parada de subnivel elimina el mineral en rebajes abiertos. El relleno de rebajes con relleno consolidado después de la extracción permite que los mineros regresen en un momento posterior para recuperar los pilares entre los rebajes, lo que permite una tasa de recuperación muy alta del depósito mineral.

El desarrollo para la parada por subnivel es extenso y complejo. El yacimiento está dividido en secciones con una altura vertical de unos 100 m en las que se preparan subniveles y se conectan mediante una rampa inclinada. Las secciones del cuerpo mineralizado se dividen lateralmente en rebajes y pilares alternados y se crea una unidad de transporte de correo en la pared inferior, en la parte inferior, con cortes para la carga del punto de extracción.

Cuando se extraiga, el rebaje del subnivel será una abertura rectangular a través del yacimiento. La parte inferior del rebaje tiene forma de V para canalizar el material volado hacia los puntos de extracción. Las galerías de perforación para la plataforma de pozos largos se preparan en los subniveles superiores (consulte la figura 6).

Figura 6. Rebaje por subnivel con perforación anular y carga transversal

La voladura requiere espacio para que la roca se expanda en volumen. Esto requiere que se prepare una ranura de unos pocos metros de ancho antes del inicio de la voladura de barreno largo. Esto se logra ampliando una elevación desde la parte inferior hasta la parte superior del rebaje hasta una ranura completa.

Después de abrir la ranura, el equipo de perforación de barrenos largos (ver figura 7) comienza la perforación de producción en galerías de subnivel siguiendo con precisión un plan detallado diseñado por expertos en voladuras que especifica todos los barrenos, la posición del collarín, la profundidad y la dirección de los barrenos. El equipo de perforación continúa perforando hasta que se completan todos los anillos en un nivel. Luego se transfiere al siguiente subnivel para continuar con la perforación. Mientras tanto, los pozos se cargan y un patrón de voladura que cubre una gran área dentro del rebaje rompe un gran volumen de mineral en una sola voladura. El mineral volado cae al fondo del rebaje para ser recuperado por los vehículos LHD que se acumulan en el punto de extracción debajo del rebaje. Normalmente, la perforación de pozos largos se adelanta a la carga y la voladura, lo que proporciona una reserva de mineral listo para explotar, lo que permite un programa de producción eficiente.

Figura 7. Equipo de perforación de pozo largo

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La excavación por subnivel es un método de minería productivo. La eficiencia se ve reforzada por la capacidad de utilizar plataformas productivas totalmente mecanizadas para la perforación de barrenos largos, además del hecho de que la plataforma se puede utilizar de forma continua. También es relativamente seguro porque hacer la perforación dentro de las galerías de subnivel y limpiar los puntos de extracción elimina la exposición a posibles desprendimientos de rocas.

Minería de retiro de cráter vertical

Al igual que el taponamiento por subnivel y el taponamiento por contracción, la extracción de retiro de cráter vertical (VCR) es aplicable a la mineralización en estratos con buzamiento pronunciado. Sin embargo, utiliza una técnica de voladura diferente que rompe la roca con cargas pesadas y concentradas colocadas en agujeros ("cráteres") con un diámetro muy grande (alrededor de 165 mm) a unos 3 m de distancia de una superficie de roca libre. La voladura abre una abertura en forma de cono en la masa rocosa alrededor del hoyo y permite que el material volado permanezca en el rebaje durante la fase de producción para que el relleno de roca pueda ayudar a sostener las paredes del rebaje. La necesidad de estabilidad de la roca es menor que en la parada por debajo del nivel.

El desarrollo de la minería VCR es similar al de la excavación por debajo del nivel, excepto que requiere excavaciones tanto por encima como por debajo. El sobrecorte es necesario en la primera etapa para acomodar la plataforma que perfora los pozos de voladura de gran diámetro y para acceder mientras se cargan los pozos y se realizan las voladuras. La excavación socavada proporcionó la superficie libre necesaria para la voladura VCR. También puede brindar acceso a un vehículo con volante a la izquierda (operado por control remoto con el operador fuera del rebaje) para recuperar el mineral volado de los puntos de extracción debajo del rebaje.

La voladura VCR habitual utiliza orificios en un patrón de 4.0 × 4.0 m dirigidos verticalmente o muy inclinados con cargas colocadas cuidadosamente a distancias calculadas para liberar la superficie debajo. Las cargas cooperan para romper una rebanada de mineral horizontal de unos 3.0 m de espesor. La roca volada cae en el rebaje debajo. Al controlar la tasa de limpieza, el rebaje permanece parcialmente lleno, de modo que el relleno de roca ayuda a estabilizar las paredes del rebaje durante la fase de producción. La última voladura rompe el sobrecorte en el rebaje, después de lo cual se limpia el rebaje y se prepara para el relleno posterior.

Las minas VCR a menudo usan un sistema de rebajes primarios y secundarios al yacimiento. Los rebajes primarios se extraen en la primera etapa y luego se rellenan con relleno cementado. Se deja el rebaje para que se consolide el relleno. Luego, los mineros regresan y recuperan el mineral en los pilares entre los rebajes primarios y los rebajes secundarios. Este sistema, en combinación con el relleno cementado, da como resultado una recuperación cercana al 100% de las reservas de mineral.

Espeleología de subnivel

El hundimiento por subnivel es aplicable a depósitos minerales con buzamiento de pronunciado a moderado y gran extensión en profundidad. El mineral debe fracturarse en un bloque manejable con voladura. El muro colgante se derrumbará después de la extracción del mineral y el suelo en la superficie sobre el yacimiento se hundirá. (Debe tener barricadas para evitar que cualquier persona ingrese al área).

El derrumbe de subnivel se basa en el flujo de gravedad dentro de una masa rocosa fragmentada que contiene tanto mineral como roca. El macizo rocoso primero se fractura mediante perforación y voladura y luego se excava a través de los encabezados de deriva debajo de la cueva del macizo rocoso. Califica como un método de minería seguro porque los mineros siempre trabajan dentro de aberturas del tamaño de una galería.

El derrumbe de subniveles depende de subniveles con patrones regulares de derivas preparados dentro del yacimiento con un espaciamiento vertical bastante estrecho (de 10.0 m a 20 m). El diseño de galerías es el mismo en cada subnivel (es decir, galerías paralelas a través del cuerpo mineralizado desde la galería de transporte de la pared de base hasta la pared colgante), pero los patrones en cada subnivel están ligeramente desplazados para que las galerías en un nivel inferior se ubiquen entre el deriva en el subnivel por encima de él. Una sección transversal mostrará un patrón de diamante con desviaciones en espacios verticales y horizontales regulares. Por lo tanto, el desarrollo de la espeleología subnivel es extenso. Sin embargo, la excavación a la deriva es una tarea sencilla que puede mecanizarse fácilmente. Trabajar en múltiples frentes de deriva en varios subniveles favorece una alta utilización del equipo.

Cuando se completa el desarrollo del subnivel, el equipo de perforación de barrenos largos se desplaza para perforar barrenos en forma de abanico en la roca de arriba. Cuando todos los pozos de voladura están listos, el equipo de perforación de pozo largo se mueve al subnivel inferior.

La explosión del pozo largo fractura la masa rocosa por encima de la deriva del subnivel, iniciando una cueva que comienza en el contacto con la pared colgante y retrocede hacia la pared inferior siguiendo un frente recto a través del cuerpo mineralizado en el subnivel. Una sección vertical mostraría una escalera en la que cada subnivel superior está un paso por delante del subnivel inferior.

La explosión llena el frente del subnivel con una mezcla de mineral y desechos. Cuando llega el vehículo LHD, la cueva contiene el 100% del mineral. A medida que continúa la carga, la proporción de roca de desecho aumentará gradualmente hasta que el operador decida que la dilución de desecho es demasiado alta y detenga la carga. A medida que el cargador avanza hacia la siguiente galería para continuar con el desescombrado, el detonador entra para preparar el siguiente anillo de agujeros para la detonación.

Limpiar los subniveles es una aplicación ideal para el vehículo con volante a la izquierda. Disponible en diferentes tamaños para adaptarse a situaciones particulares, llena la cubeta, recorre unos 200 m, vacía la cubeta en el paso de mineral y regresa para otra carga.

La excavación por subnivel presenta un diseño esquemático con procedimientos de trabajo repetitivos (derivación de desarrollo, perforación de pozos largos, carga y voladura, carga y transporte) que se llevan a cabo de forma independiente. Esto permite que los procedimientos se muevan continuamente de un subnivel a otro, lo que permite el uso más eficiente de equipos y equipos de trabajo. En efecto, la mina es análoga a una fábrica departamentalizada. Sin embargo, la minería de subniveles, al ser menos selectiva que otros métodos, no produce tasas de extracción particularmente eficientes. La cueva incluye entre un 20 y un 40% de desmonte con una pérdida de mineral que oscila entre el 15 y el 25%.

Espeleología por bloques

El hundimiento por bloques es un método a gran escala aplicable a la mineralización del orden de 100 millones de toneladas en todas las direcciones contenidas en macizos rocosos susceptibles de hundimiento (es decir, con tensiones internas que, después de eliminar los elementos de soporte del macizo rocoso, ayudan a la fracturamiento del bloque minado). El rendimiento previsto es una producción anual que oscila entre 10 y 30 millones de toneladas. Estos requisitos limitan la excavación de bloques a unos pocos depósitos minerales específicos. En todo el mundo, existen minas de hundimiento de bloques que explotan yacimientos que contienen cobre, hierro, molibdeno y diamantes.

Bloquear se refiere al diseño de la minería. El yacimiento se divide en grandes secciones, bloques, cada uno con un tonelaje suficiente para muchos años de producción. El derrumbe se induce eliminando la fuerza de soporte de la masa rocosa directamente debajo del bloque por medio de una socavación, una sección de roca de 15 m de altura fracturada por la perforación y voladura de pozos largos. Las tensiones creadas por las fuerzas tectónicas naturales de magnitud considerable, similares a las que provocan los movimientos continentales, crean grietas en la masa rocosa, rompiendo los bloques, con la esperanza de pasar las aberturas de los puntos de extracción en la mina. Sin embargo, la naturaleza a menudo necesita la ayuda de los mineros para manejar rocas de gran tamaño.

La preparación para la excavación por bloques requiere una planificación a largo plazo y un extenso desarrollo inicial que implica un complejo sistema de excavaciones debajo del bloque. Estos varían según el sitio; por lo general, incluyen socavados, campanas de arrastre, grizzlies para el control de roca de gran tamaño y pasos de mineral que canalizan el mineral hacia la carga del tren.

Las campanas son aberturas cónicas excavadas debajo de la socavación que recogen el mineral de un área grande y lo canalizan hacia el punto de extracción en el nivel de producción inferior. Aquí el mineral se recupera en vehículos LHD y se transfiere a los pasos de mineral. Los cantos rodados demasiado grandes para el cubo se explotan en los puntos de extracción, mientras que los más pequeños se tratan en el grizzly. Grizzlies, conjuntos de barras paralelas para cribar material grueso, se utilizan comúnmente en minas de hundimiento de bloques aunque, cada vez más, se prefieren los martillos hidráulicos.

Las aberturas en una mina de hundimiento de bloques están sujetas a una alta presión de roca. Las galerías y otras aberturas, por lo tanto, se excavan con la sección más pequeña posible. Sin embargo, se requiere una gran cantidad de pernos de roca y revestimiento de hormigón para mantener las aberturas intactas.

Si se aplica correctamente, la excavación por bloques es un método de minería masiva productivo y de bajo costo. Sin embargo, la propensión de un macizo rocoso a derrumbarse no siempre es predecible. Además, el desarrollo integral que se requiere da como resultado un largo tiempo de espera antes de que la mina comience a producir: el retraso en las ganancias puede tener una influencia negativa en las proyecciones financieras utilizadas para justificar la inversión.

Minería de tajo largo

La minería de tajo largo es aplicable a depósitos en capas de forma uniforme, espesor limitado y gran extensión horizontal (p. ej., una veta de carbón, una capa de potasa o el arrecife, la cama de guijarros de cuarzo explotados por las minas de oro en Sudáfrica). Es uno de los principales métodos para extraer carbón. Recupera el mineral en cortes a lo largo de una línea recta que se repiten para recuperar materiales en un área más grande. El espacio más cercano a la cara se mantiene abierto mientras se permite que la pared colgante se derrumbe a una distancia segura detrás de los mineros y su equipo.

La preparación para la minería de tajo largo involucra la red de galerías requeridas para acceder al área de minería y el transporte del producto extraído al pozo. Dado que la mineralización tiene la forma de una lámina que se extiende sobre un área amplia, las galerías generalmente se pueden organizar en un patrón de red esquemático. Las derivas de transporte se preparan en la propia costura. La distancia entre dos galerías de transporte adyacentes determina la longitud de la cara de tajo largo.

Relleno

El relleno de los rebajes de la mina evita que la roca se derrumbe. Conserva la estabilidad inherente del macizo rocoso que promueve la seguridad y permite una extracción más completa del mineral deseado. El relleno se usa tradicionalmente con corte y relleno, pero también es común con la excavación subnivel y la minería VCR.

Tradicionalmente, los mineros han tirado la roca estéril del desarrollo en rebajes vacíos en lugar de transportarla a la superficie. Por ejemplo, en el corte y relleno, la roca estéril se distribuye sobre el rebaje vacío mediante raspadores o excavadoras.

Relleno hidráulico utiliza relaves de la planta de tratamiento de la mina que se distribuyen bajo tierra a través de pozos y tuberías de plástico. Los relaves primero se deslaman y solo la fracción gruesa se utiliza para el relleno. El relleno es una mezcla de arena y agua, del cual alrededor del 65% es materia sólida. Al mezclar cemento en el último vaciado, la superficie del relleno se endurecerá y se convertirá en un lecho de carretera liso para equipos con neumáticos de caucho.

El relleno también se usa con la excavación subnivel y la minería VCR, con la introducción de roca triturada como complemento del relleno de arena. La roca triturada y cribada, producida en una cantera cercana, se entrega bajo tierra a través de elevaciones de relleno especiales donde se carga en camiones y se entrega a los rebajes donde se vierte en elevaciones de relleno especiales. Los rebajes primarios se rellenan con relleno de roca cementada producido al rociar una lechada de cenizas volantes de cemento sobre el relleno de roca antes de que se distribuya a los rebajes. El enrocado cementado se endurece hasta convertirse en una masa sólida que forma un pilar artificial para la explotación del rebaje secundario. La lechada de cemento generalmente no se requiere cuando se rellenan los rebajes secundarios, excepto en los últimos vertidos para establecer un piso de escombros firme.

Equipos para Minería Subterránea

La minería subterránea se está mecanizando cada vez más donde las circunstancias lo permiten. El transportador de dirección articulado con tracción en las cuatro ruedas, accionado por diesel, con neumáticos de goma, es común a todas las máquinas subterráneas móviles (consulte la figura 8).

Figura 8. Plataforma frontal de tamaño pequeño

Atlas Copco

Taladro frontal jumbo para perforación de desarrollo

Este es un caballo de batalla indispensable en las minas que se utiliza para todos los trabajos de excavación de rocas. Lleva uno o dos brazos con perforadoras hidráulicas. Con un trabajador en el panel de control, completará un patrón de 60 barrenos de 4.0 m de profundidad en unas pocas horas.

Equipo de perforación de producción de pozos largos

Este equipo (consulte la figura 7) perfora pozos de voladura en una extensión radial alrededor de la galería que cubren una gran área de roca y rompen grandes volúmenes de mineral. potente perforadora de roca hidráulica y almacenamiento en carrusel para barras de extensión, el operador utiliza controles remotos para realizar la perforación de roca desde una posición segura.

camión de carga

El camión de carga es un complemento necesario para el jumbo a la deriva. El transportador monta una plataforma de servicio hidráulica, un contenedor de explosivo ANFO presurizado y una manguera de carga que permiten al operador llenar los barrenos en todo el frente en muy poco tiempo. Al mismo tiempo, se pueden insertar detonadores Nonel para la sincronización correcta de las explosiones individuales.

vehículo con volante a la izquierda

El versátil vehículo de carga, transporte y descarga (consulte la figura 10) se utiliza para una variedad de servicios que incluyen la producción de minerales y el manejo de materiales. Está disponible en varios tamaños, lo que permite a los mineros seleccionar el modelo más apropiado para cada tarea y cada situación. A diferencia de otros vehículos diésel que se usan en las minas, el motor del vehículo LHD generalmente funciona continuamente a plena potencia durante largos períodos de tiempo, generando grandes volúmenes de humo y gases de escape. Un sistema de ventilación capaz de diluir y expulsar estos humos es esencial para cumplir con los estándares de respiración aceptables en el área de carga.

transporte subterráneo

El mineral recuperado en rebajes esparcidos a lo largo de un yacimiento es transportado a un depósito de mineral ubicado cerca del pozo de izaje. Los niveles de transporte especiales están preparados para una transferencia lateral más larga; comúnmente cuentan con instalaciones de vías férreas con trenes para el transporte de minerales. El ferrocarril ha demostrado ser un sistema de transporte eficiente que transporta volúmenes más grandes por distancias más largas con locomotoras eléctricas que no contaminan la atmósfera subterránea como los camiones diésel que se usan en las minas sin vías.

manejo de minerales

En su ruta desde los rebajes hasta el pozo de elevación, el mineral pasa por varias estaciones con una variedad de técnicas de manejo de materiales.

El slusher utiliza un cucharón raspador para sacar el mineral desde el rebaje hasta el paso de mineral. Está equipado con tambores giratorios, alambres y poleas, dispuestos para producir una ruta de raspador de ida y vuelta. El aguanieve no necesita preparación del piso del rebaje y puede extraer mineral de una pila de escombros irregular.

El vehículo con volante a la izquierda, que funciona con diesel y se desplaza sobre neumáticos de caucho, lleva el volumen contenido en su balde (los tamaños varían) desde la pila de escombros hasta el paso del mineral.

El paso de mineral es una abertura vertical o muy inclinada a través de la cual la roca fluye por gravedad desde los niveles superiores a los inferiores. Los pasos de mineral a veces se organizan en una secuencia vertical para recoger el mineral de los niveles superiores a un punto de entrega común en el nivel de transporte.

El canaleta es la puerta ubicada en la parte inferior del paso de mineral. Los pasos de mineral normalmente terminan en roca cerca de la galería de acarreo de modo que, cuando se abre el conducto, el mineral puede fluir para llenar los vagones en la vía debajo de él.

Cerca del eje, los trenes de mineral pasan un estación de descarga donde la carga se puede dejar caer en un cesta de almacenaje, Una oso pardo en la estación de descarga evita que las rocas de gran tamaño caigan en el contenedor. Estos cantos rodados se parten con voladuras o martillos hidráulicos; a trituradora gruesa se puede instalar debajo del grizzly para un mayor control del tamaño. Debajo del contenedor de almacenamiento hay un medida de bolsillo que verifica automáticamente que el volumen y el peso de la carga no superen las capacidades del volquete y del polipasto. cuando un vacio omitir, un contenedor para viajes verticales, llega al estación de servicio, se abre un conducto en la parte inferior del bolsillo de medición que llena el contenedor con una carga adecuada. Después de la montacargas eleva el contenedor cargado hasta el bastidor superior en la superficie, se abre un conducto para descargar la carga en el contenedor de almacenamiento en la superficie. El izaje de contenedores se puede operar automáticamente usando un circuito cerrado de televisión para monitorear el proceso.

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