Universidad Autónoma de Coahuila

Escuela Superior de Ingeniería “Lic. Adolfo López Mateos”

Principio y Diseño de Métodos de

Explotación

Dr. Diego Martínez Carrillo

Mina “SAN CAYETANO”

Jesús Guillermo Morales García

VII Semestre

27/Mayo/2015 Nueva Rosita, Coahuila

INDICE

INTRODUCCIÓN

CUARTOS Y PILARES

MINERAL A EXTRAER

PRODUCCIÓN Y USO

PLANEACIÓN DE MINA

UBICACIÓN DE BOCA MINA

UBICACIÓN DE INCLINADOS

MAQUINARIA

PARAMETROS PARA EL DISEÑO DE MINA

PARAMETROS OPERATIVOS

RESULTADOS

VENTILACIÓN

CONCLUSIÓN

PLANO DE MINADO

INTRODUCCIÓN

La minería tiene por objetivo extraer recursos minerales de la tierra. La minería subterránea, por su parte, abarca todas las actividades encaminadas a extraer materias primas depositadas debajo de la tierra y transportarlas hasta la superficie. El acceso a los recursos se efectúa por galerías y pozos que están comunicados con la superficie. 

La extracción subterránea se desarrolla bajo tierra y combina distintas técnicas que permiten que el proceso ocurra a grandes niveles de profundidad. Las principales labores dentro del proceso de extracción subterránea tienen relación con tronar y avanzar en zonas de producción, fortificando y habilitando zonas de trabajo que, bajo altos estándares de seguridad, permitan extraer el mineral desde el yacimiento.

Existen dos métodos principales de extracción subterránea para yacimientos sedimentarios: extracción mediante pilares y la extracción por tajos largos (frente larga).

TIROS INCLINADOS

Conjunto de galerías que parten desde la superficie con la finalidad de llegar hasta el manto de carbón para llevar los servicios tales como ventilación, suministro de materiales, transporte de personal, extracción de mineral y todos aquellos que son necesarios para la operación de la mina.

CAÑÓN GENERAL

Es la obra Minera construida por 4 o más galerías y que se utiliza como rutas de acceso a todas las demás áreas de la Mina para comunicar las zonas de explotación con el resto de la Mina.

CAÑÓN SECUNDARIO

Es la obra minera que se construye con 2 o 3 galerías partiendo su desarrollo del Cañón General, y sirve para formar los paneles de frente larga asi como su ruta de acceso para el personal, ventilación y materiales para las zonas de explotación.

GALERÍA

Obra Minera que se desarrolla a través del manto de carbón con la Geometría que permita la entrada de aire, manejo de materiales y demás servicios para la construcción del cañón que formará.

CUARTOS Y PILARES

En la extracción mediante pilares, los depósitos de mineral se extraen cortando una red de “salas” en la veta del mineral y dejando “pilares” de mineral para sujetar el techo de la mina. Estos pilares pueden suponer hasta el 40% del total de mineral de la veta, aunque este mineral puede, en ocasiones, extraerse en una etapa posterior. Esto se consigue mediante lo que se conoce como “trabajo explotado en retirada”, en el que el mineral se extrae de los pilares al retirarse los trabajadores. En ese momento, se permite que el techo caiga y se abandona la explotación.

La principal ventaja de la extracción mediante pilares respecto a la extracción por tajos largos es que permite el inicio de la producción de mineral de forma mucho más rápida, utilizando maquinaria móvil con un coste inferior a los 5 millones de dólares (la maquinaria necesaria para la extracción por tajos largos puede llegar a costar 50 millones de dólares).

La selección de la técnica de extracción depende de cada lugar, pero siempre se basa en criterios económicos; incluso se pueden utilizar ambos métodos en una única explotación. Pero en el presente proyecto se optó por utilizar únicamente el método de cuartos y pilares.

MINERAL A EXTRAER

La Fosforita es una roca sedimentaria no detrítica que contiene altas cantidades de minerales fosfatados. El contenido en fosfatos es por lo menos de entre un 15 y un 20%, un incremento importante respecto a una roca sedimentaria típica que contiene menos de un 0,2%.

La fosforita se obtiene de la trituración y/o molienda de rocas fosfóricas, tiene aplicaciones en diversas industrias de las cuales destacan la Agricultura, ganadería, industria química, etc. Es un mineral compuesto principalmente por fósforo (P2O5)

La fosforita es el principal aportador de Fósforo el cual resulta indispensable para los organismos vivos. En el caso de las plantas, estas lo obtienen del suelo, pero el balance entre el consumo y la reposición natural puede verse afectado por deficiencias propias del suelo o por efecto del cultivo intenso o demandante de fosfatos y otros elementos solubles (nutrientes).

Ilustración 1 Fosforita

PRODUCCIÓN Y USO

La materia prima por excelencia para la fabricación de fertilizantes fosfatados es la roca fosfatada o fosforita, llamada comercialmente Hyperfosfato. Debido a que la composición química de las rocas de los distintos yacimientos del mundo es muy variable, es que las posibilidades de utilización directa también son diferentes.

De esta manera, podemos diferenciar fosforitas duras y blandas dependiendo de su estructura química y del origen geológico. Las fosforitas duras pueden ser de origen sedimentario, ígneo o metamórfico, poseen una estructura química muy estable y de baja reactividad, su uso directo no es conveniente, tienen un alto contenido de fósforo (P) total pero poco soluble por lo que se usan como insumo intermedio para la fabricación de fertilizantes solubles. En cambio, las fosforitas blandas tienen mayor reactividad, poseen un menor contenido de P total pero con una proporción mayor de P soluble (Fosforita de Gafsa 0-10/28-0), son siempre de origen sedimentario y pueden usarse directamente sobre el suelo.

Esta característica es la que le permite ser el único fertilizante aprobado actualmente en sistemas de producción de carne orgánica ya que su producción no implica ningún proceso químico.

PLANEACIÓN DE MINA

Primeramente se designaron los puntos para delimitar la concesión minera para realizar en ella el proyecto de una mina, que lleva por nombre “SAN CAYETANO”, donde lo primero que se realizo fue dejar 500 m de protección hacia fuera del límite de la concesión.

La parte que queda al centro es la zona que está libre para ser minada. Después de esto, se realizó el modelado de todas las superficies con la base de datos que se nos entregó, tanto de isohipsa de cada una de las capas (lutitas limoliticas, C1 arenisca fosfatada, lutitas, C2 arenisca fosfatada, base de arenisca fosfatada y base/base), como de la superficie del terreno.

Ilustración 2 Concesión

Ilustración 3 Perfil del Inclinado

La zona en donde se puso el inclinado se tiene una elevación 156.78 m con respecto al piso del yacimiento. Se realizó con un ángulo de 20° con respecto a la horizontal.

Al tener ya listo el inclinado, se tuvo que tomar en cuenta la altura que tendría nuestro minado, para eso se tomó en cuenta la ley de los estratos del yacimiento y el espesor de los estratos, donde se tomó la decisión de minar 5 de las 6 capas ya que fue de la manera en que la ley llego a los 25.71, si se le añadía el espesor del estrato sobrante la ley empezaba a disminuir.

Posteriormente con la base de datos y los barrenos que se encuentran dentro de la concesión, se seleccionaron las capas que se pretenden minar según la ley de mayor beneficio. Se realizó la sumatoria del producto del espesor de cada capa por su ley y dividiéndola entre la sumatoria de los espesores. Las capas seleccionadas fueron las siguientes:

20°

Ilustración 4 Ley Ponderada

Ya una vez obtenida la ley ponderada con un espesor determinado, se obtuvo la ley ponderada con distintos espesores, con diferentes alturas, y se llegó a la conclusión que con una altura de 2 m tomando estas capas (lutitas limoliticas, C1 arenisca fosfatada, lutitas, C2 arenisca fosfatada y base de arenisca fosfatada) fue el escenario donde nos dio la mejor ley.

UBICACIÓN DE BOCAMINA

Respecto del trazado de las rampas de acceso mina, el diseño de proyecto estableció la necesidad de configurar un trazado recto, con una pendiente máxima de 20° con respecto a la horizontal., a objeto de facilitar la construcción y mantenimiento de la vía, otorgar mayor seguridad al tránsito de equipo rodante y prolongar la vida útil de los equipos de transporte en general. Adicionalmente, se estableció que el trazado debería minimizar el tiempo de traslado y la cantidad de transbordos en el trayecto del personal desde Calama y conectar lo más próximo. Finalmente, el diseño del Acceso Mina debería, en lo posible, propiciar las sinergias constructivas con otras obras del Proyecto

UBICACIÓN DE INCLINADOS

Los inclinados se ubican en esta zona por ser el punto donde dio un encape menor. La elevación aumenta hacia la izquierda y hacia el sur. Tienen una inclinación de 20º con respecto a la horizontal y tienen una distancia de 400m llegando hasta la isohipsa, que en este caso sería la capa de lutitas limoliticas.

Ilustración 5 Boca Mina/ Inclinados

FALLA

La Falla nos permite la ubicación de cualquier infraestructura o excavación del proyecto, en todos sus niveles.

Ilustración 6 Salto de Falla (17 m) Ilustración 7 Falla en 2D

MAQUINARIA

Ilustración 8 Minero Continuo

Corte 0 a máx. 711 - 1.524 mm/30 - 61"

Régimen de cargahasta 11 tons métricas por minuto/12 toneladas por minuto

Potencia total 575 kW/770 hp

Potencia del cabezal del cortador

298 kW/400 hp

Peso 48 tons métricas/53 toneladas

Ilustración 9 Ventilador

JETAIR AXIFLOW FAN MODEL T-5-D 66”X 30” X 900 RPM

Ilustración 10 FH 120

En las especificaciones menciona que su altura de 1422 mm y tiene una capacidad de 18.5 m3.

Ilustración 11 Pala SU482D

En sus especificaciones menciona que tiene una altura de 1 m o mas y tiene una capacidad de 6.8 toneladas métricas.

Ilustración 13 Sistema de Bandas ruedas locas Flex Pal

En las especificaciones del sistema de banda menciona lo que es el ancho de la correa que va de 76.2 cm a 152.4 cm.

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LA MINA

“Explotación subterránea de una mina”

Ancho de obras: 6 metros. Los inclinados de acceso (2 galerías) deben tener una inclinación de 20° con

respecto a la horizontal. Angulo de subsidencia estimado: 85° con respecto a la horizontal. Dimensión de los pilares en frentes principales: 25m de ancho por 50m de

largo. Dimensión de los pilares en frentes secundarias y auxiliares: 20m de ancho y

40 de largo. Dimensión de los pilares del minado por cuartos y pilares:

Encape Dimensiones<150 6m x 6m150-250 8m x 8m>250 10m x 10m

Dimensión del área de laboreo para cuartos y pilares: de 120 a 150 metros de ancho y de 200 a 300 metros de largo.

Pilar de barrera entre paneles de laboreo de cuartos y pilares: de 15 a 20 metros.

Barrera de protección entre límite de concesión y proyección en superficie del minado: de 20m a 50m

Distancia entre puertas de inspección: de 300 a 400 metros.

PARÁMETROS OPERATIVOS

Como primer paso en la explotación de la mina se realizaran los inclinados por medio de contratistas especializados en estas labores, por lo cual se tardaran menos de un mes en realizar los inclinados ya que las capas explotables están próximas a la superficie.

Posteriormente se iniciara la elaboración de las galerías principales así como los pilares de soporte.

Para las labores diarias se dispondrá de 80 trabajadores por turno en interior mina, se trabajan 5 días a la semana, el día constara de 2 turnos de 8 horas, siendo 5 horas efectivas de labores.

En cada cuadrilla tiene que haber unos supervisores y geólogos para determinar que el minado es el correcto y checar turno por turno para estar seguros.

Los materialistas son los que se van a encargar en acondicionar bien la área y en dado caso de problemas de maquinarias ellos poder resolver los problemas y también se encargarían de hacer los tapones de ventilación en esta mina no va a ver muchas personas así que la ventilación no va a ser tan estricta porque sería no más para disipar el polvo y no va a ver muchas complicaciones.

En este caso no va a ser necesario ademar ya que en el techo del mineral tenemos la roca arenisca que son muy compétete y así no se necesita el ademado ya que así es más rápido el minado porque no va a ver demoras por el tiempo de ademado en caso que el terreno no soporte se tendrá que comprar material y maquinaria para ademar y ya los materialistas se encargaran de poner los ademes.

RESULTADOS

Después de tener identificada la maquinaria y sus especificaciones, se calculó el factor de recuperación de nuestra mina, para lograr esto, se obtuvo el área total de nuestra concesión, como quien dice el área que podría ser explotable en nuestra concesión, que dio un total de 1600000 m2, el área de laboreo en los paneles de cuartos y pilares da un total de 346 152 m2, el área de laboreo en las galerías principales es de 119 592 m2 y en las galerías secundarias se tiene un área de laboreo de 161 132 m2, estos valores se obtuvieron restándole el área que ocupan los pilares a cada uno de los paneles, de las galerías secundarias y de las galerías principales al área total de cada uno de estos. Al realizar los cálculos pertinentes con estos valores se tiene el factor de recuperación que nos da de un 46.45 %.

Por último se calculó el avance que se tendría en la mina los primeros tres meses, para poder llegar a esto, se calculó el avance lineal que tendría el minero continuo por turno, para esto se tomó un turno de 8 horas diarias y trabajando 5 días por semana (22 días por mes), de esas 8 horas por turno solo son horas útiles o de producción 5 horas, entonces se tiene 5 hr/turno; según las especificaciones del minero continuo este tiene una capacidad de producción de 720 ton/hra, de las cuales solo se toma el 50% como efectivo, por lo tanto se tiene una capacidad de producción de 360 ton/hora, al multiplicar la capacidad de producción (360

ton/hora) por las horas productivas por turno (5hr/turno), nos da el valor de toneladas producidas por turno que es de 1800 ton/turno.

Después, con la fórmula de la densidad que es d= m/v, y tomando una densidad media de 1.78 ton/m3, se despeja el volumen (v), ya que m es el tonelaje que se produce por turno (1800 ton/turno), nos da el volumen que se extrae por turno. A este valor solo se le divide entre 12 m2 ya que es el área transversal de las galerías, esto es producto de la altura (2m) y el ancho de las galerías (6m). Y entonces el valor que nos da es el avance lineal por turno, que es un valor de 84.26 m. este valor se multiplica por 20 que son los días trabajan al mes, y el valor obtenido es el avance lineal por mes que tiene el minero continuo, es un valor de 1853.72 m por mes.

Ilustración 14 Avance Primer Mes

En el avance del primer mes, solo se logró explotar dos paneles de dimensiones de 120X300 y parte de las galerías principales y parte de algunas galerías secundarias.

Ilustración 15 Avance Segundo Mes

El avance del segundo mes es de 3707.44 m, donde solo se logró explotar tres paneles de dimensiones de 120X200 y avanzar más en las galerías principales y galerías secundarias.

Ilustración 16 Avance Tercer Mes

El avance del tercer mes es de 5561.16 m, donde se logró explotar tres paneles más de dimensiones de 120X200 y avanzar más en las galerías principales y galerías secundarias.

VENTILACIÓN

Ilustración 17 Circuito de Ventilación Primer Mes

Ilustración 18 Circuito de Ventilación Segundo Mes

Ilustración 19 Circuito de Ventilación Tercer Mes

CONCLUSIÓN

Con la conclusión de este proyecto podemos ver muchos parámetros que se toman en cuenta para llevar a cabo el desarrollo de un mina subterránea, a través del método de cuartos y pilares, para así tener una idea de una buena planeación y como por medio de información de barrenos podemos desarrollar el diseño de un mina y la preparación de ella, también qué características tiene que llevar, el como podemos tomar algunos parámetros para tomar una buenas decisiones en el diseño ya sea como el de la bocamina o el del tiro vertical ya que son puntos importantes para el funcionamiento de la mina ya que se necesitan para realizar un mejor trabajo, tener un mejor desempeño y asi una mejor producción y también tener ida de las capas a minar ya que tienes que escoger un buen manto con una alta ley ya que es de donde vamos a sacar las ganancias y saber si es rentable la apertura de la mina.

También a través de este proyecto se conoció más a fondo el método de minado de cuartos y pilares, el como puedes llegar a extraer el material, que maquinaria utilizar y como colocar su circuito de ventilación ya que no es igual al de otro tipo de minado, se aprendió la realización de cálculos para obtener el factor de recuperación, los avances por mes qe se hacen en una mina, etc.

PLANO DE MINADO