UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METALURGIA ESCUELA ACADEMICA DE INGENIERIA DE MINASMINADO POR CHIMENEA 1. Descripción del Método Este Método es denominado con el termino “raise mining” utilizado tanto en cuerpos mineralizados verticales como inclinados. Este método de explotación por chimeneas con perfección de taladros largos horizontales desde plataformas ubicados en chimeneas, se viene usando en minería desde hace muchas décadas; para la explotación de vetas angostas y bajo ciertas circunstancias en betas anchas, con cajas regulares de mediana a dura competencia. El principio consiste en la ejecución de chimeneas dentro del yacimiento mineralizado, y a partir de estas chimeneas se realizan la explotación de los recursos minerales previa planificación de la misma. 2. Ejecución de Chimeneas y Pozos. La excavación de chimeneas y pozos verticales o inclinados. Realizada para el acceso a las labores subterráneas. Se desarrolla por medio de dos métodos: mecanizado y convencional. i) Método Mecanizados. Las principales ventajas que presentan estos métodos, sobre los convencionales o manuales son: - Mayor seguridad para el personal, ya que en algunos métodos no se precisa que los trabajadores se encuentren dentro de la excavación durante la realización de la chimenea o pozo. Y en lo que es necesario estos disponen de mayor protección que en los métodos convencionales. - Mejor estabilidad del terreno, al no ser necesario el uso de voladura. La roca no se deteriora y se obtienen superficies lisas, con lo que esto supone menos necesidad de sostenimiento y menor resistencia al paso del aire. - Mejor rendimiento de perforación, debido al menor tiempo de ejecución. - Menores costos, como consecuencia del aumento de productividad. Auque sea mayor la partida de amortización, esta se ve compensada por el ahorro en mano de obra y materiales. Por estas razones, estos métodos son de uso frecuente en la actividad minera y civil. Para la construcción mecanizada de chimeneas y pozos existen fundamentalmente tres tipos de maquinas, con ligeras diferencias entre ellas según la empresa fabricante. Los tres grupos de maquinas son: “shaft drilling”, “shaft boeing” y “raise boeing”. a) “Shaft drilling” Este sistema se utiliza para la perforación de pozos de gran diámetro siendo una extensión de las técnicas convencionales de perforación rotativa usadas habitualmente en la extracción de petróleo. durante los años 60. Manteniendo el pozo lleno de lodo de perforación se consigue la estabilidad de este y se impide el flujo de agua mientras se realiza la instalación de revestimiento. 3. 4. Organización del lugar de perforación y ubicación de los tanques para el lodo de perforación. consiste en excavar pozos en sentidi descendente utilizando una plataforma de perforación de gran diámetro la que se encuentra situado en superficie. y si acaso de la propiedad del lodo de perforación. Diseño del sistema de sellado frente al agua. 5. La excavación del pozo puede realizarse en una sola etapa o en sucesivas etapas de ensanche. para almacenamiento del revestimiento y otros materiales. como parte del programa de pruebas nucleares en la zona de Nevada. Selección del tipo y tecnología en la colocación del revestimiento. Elegir el método de perforación con relación a las condiciones hidrogeológicas y a los parámetros geotécnicos de la roca a lo largo del pozo. de las etapas de perforación. Diseño de la cabeza del pozo.El amplio desarrollo de esta técnica fue iniciado por la Atonic Energy Comisión (AEC). 2. El “shaft drilling”. pudiéndose adapta alas condiciones hidrogeológicas mas difíciles. Las mayores torres de perforación llegan a perforar formaciones con resistencia a la compresión superior a los 300 Mpa. 2 . La evacuación del detritus se consigue normalmente mediante la circulación inversa del lodo de perforación. El “shaft drilling” compite generalmente con los métodos tradicionales en rocas débiles o medias. El diseño en las operaciones de perforación requiere la ejecución de los siguientes pasos: 1. A continuación se deberá seleccionar la torre en función del diámetro y de la profundidad del pozo. UU. con personal a bordo. El principal problema que se encuentra en este tipo de perforación es la evacuación de los detritus: para solucionar este problema se ha desarrollado diferentes técnicas correspondientes a las empresas que fabrican este tipo de maquinas.b) “Shaft boring” El “shaft boring” es la tecnología más nueva y probablemente la más avanzada en construcción de pozos. el desarrollo e historia de esta técnica esta estrechamente ligada a estas dos compañías. El equipo se denomina máquina de profundización de pozos o “shaft boring machine” y se asemeja a una tunelera “tunnel boring machine”. auque esta tecnología sea de los años 60. 3 .). realizándose el transporte del lodo y el servicio desde la superficie. Las dos empresas principales de equipo “shaft boring” son Wirth GMBH de Erkelenz (Alemania) y la robbins Company de Seattle (EE. Utilizando un tamaño mayor de cabeza de corte se ensancha la perforación en una o varias etapas logrando el final el diámetro requerido. Desde entonces se añadieron diversas innovaciones al método “raise boring” con el fin de solucionar la necesidad de conectar perpendicularmente galerías horizontales. Con el avance tecnológico creció el número de países que emplean este sistema: a parte de emplearse en las chimeneas se usan hoy en día para otros campos. llegando finalmente a un diámetro de 1016 mm. Uno de los pozos más grandes realizados hasta ahora por el método “raise boring”. Todos los niveles pueden ser subterráneos. El empleo principal del “raise boring”. En el Perú se han empleado en muchas minas como en San Vicente. es el pozo de ventilación de Rustenberg Plate Mine en Sudáfrica con un diámetro de 6022 mm y una profundidad 1099 m.. Se trataba de un taladro piloto de 250 mm de diámetro. o el nivel superior estar en la superficie. Raura. 4 . como para perforaciones piloto previas para la construcción de pozos de grandes diámetros. etc.c) “Raise boring” También llamado “raise drilling”.. pero de todas formas se encuentran maquinas que respondan a otras exigencias mas altas. pozos de ventilación. suele desarrollarse para una gama de diámetros entre 2000 a 3000 mm y unas profundidades de 100 a 200 m. es el sistema de ejecución de un pozo o chimenea por medios mecánicos entre dos o más niveles. Para ello se diseño un método en el que primero se efectuaba un sondeo piloto siguiendo después con el ensanche de la chimenea en sentido ascendente. centrales hidráulicas y para depósitos subterráneos. Este método se desarrollo en Estados Unidos durante los años 50. La primera vez que se utilizo una maquina de este tipo fue en 1962 en la mina Homer Wanseca de Michigan USA. El acceso rápido prevalece sobre los costos añadidos. El uso de “shaft boring” se aconseja cuando: El impacto adverso de infiltraciones superficiales de agua puede ser económicamente mitigado antes de la construcción. 2. Los requerimientos en el revestimiento de pozos precisan el uso de un revestimiento de acero/hormigón hidrostático. La alteración de la roca es un criterio primordial en la utilización de esta técnica. La caída de la roca permite tiempos de ejecución compatibles con los ciclos en las operaciones mineras. No hay acceso disponible para la eliminación del lodo bajo la superficie. por ejemplo a través de lechadas. La aplicación de “shaft drilling” se prefiere en condiciones donde: La congelación puede ser necesaria en el control de infiltraciones de agua durante la excavación convencional de pozos.d) Pautas para la selección del método 1. El acceso rápido prevalece sobre su mayor costo. - 5 . etc. La geología permite la perforación del taladro piloto con las tolerancias requeridas para el diseño del pozo. El acceso este disponible para la organización del trabajo y la eliminación del lodo bajo tierra. que son semejantes a los de los jumbos de túneles. profundidad. La perforación con “raise boring” se recomienda en casos donde: Las condiciones del lugar deben ser estables por ejemplo la calidad de la roca y ausencia de grandes corrientes internas de agua. pasando a continuación a la operación de desescombro con cucharas bivalva o retro hidráulicas y cubas. ii) Métodos convencionales.- Las alteraciones en la roca son factor principal que hay que tener en cuenta en la elección de este método. de los ya conocidos de sistema de avance con puntales.) deben ser compatibles con las exigencias del equipamiento. La columna soporte central puede girar 360º. Es necesario el acceso inmediato al estrato perforado para un examen geológico. tanto verticales como inclinadas. Según las condiciones. La estructura geológica debe permitir la perforación piloto con las tolerancias requeridas por el diseño del pozo. la plataforma de trabajo. El acceso esta disponible para la organización del trabajo y la eliminación del lodo bajo tierra. Las necesidades del diseño (diámetros. Para la excavación de pozos de gran longitud y sección. 6 . el mecanismo de elevación y en chimeneas inclinadas el carril guía. Se utilizan estructuras metálicas o equipos de accionamiento neumático o hidráulico que van equipados con 3 o 4 brazos e igual número de deslizadores y perforadoras. se aplica generalmente en la excavación de chimeneas. pueden variar su inclinación con respecto a la vertical y alargarse si son telescópicos. instalación de los instrumentos y pruebas necesarias. la perforación con “raise boring” puede ofrecer un costo menor que los otros métodos de construcción de pozos. La diferencia básica con el Alimak es que se precisa la realización de un barreno piloto de un diámetro entre 75 a 100 mm por donde penetra el cable de elevación. No existen otras aperturas cercanas. Los principales componentes son. 3. Una vez perforado y cargado cada disparo el conjunto se pliega y eleva hasta una posición segura. Durante el trabajo estos conjuntos se apoyan en el fondo del pozo y se anclan a los hastiales con unos cilindros hidráulicos horizontales. y los brazos. la jaula de transporte. Dentro las principales tenemos: a) Jaula Jora Esta maquina fabricada por Atlas Copco. botones de accionamiento. Estos equipos están constituidos por una jaula. El principal inconveniente de este método. el carril guía y los elementos auxiliares. pues el control de su desviación dependerá de la longitud de la chimenea. plataforma de trabajo. El barreno central presenta las ventajas de servir de hueco de expansión en los cueles paralelos. y se ha convertido en uno de los más usados del mundo. frente al Alimak. economía y velocidad. de entrada de aire fresco.Durante la perforación. El campo de aplicación practico y económico se encuentra entre los 30 y 100 m. debido a su flexibilidad. es la perforación del barreno piloto. con los que se consiguen avances por disparo de unos 3 a 4 m. 7 . b) Plataforma trepadora Alimak. la plataforma se fija a los hostiales de la excavación mediante un sistema de brazos telescopicos. Este método de excavación se utiliza para chimeneas y piques. En cada disparo es necesario desenganchar la jaula del cable de elevación. sobre todo en aquellos casos donde no existe ningún nivel de acceso superior. Pues de lo contrario este último se dañaría durante las voladuras. ya que disponen de una cubierta y una barandilla de protección.La elevación de la plataforma se realiza a través de un carril guía curvado empleando motores de aire comprimido. En el ensanchamiento de chimeneas piloto para la excavación de pozos de gran sección puede complementarse con unidades de perforación horizontal. La longitud de las excavaciones pueden ser prácticamente ilimitada. No requiere mano de obra demasiado especializada. 8 . Las principales ventajas de estos equipos son: Pueden usarse para chimeneas de pequeña o gran longitud y con cualquier inclinación. y para el transporte del personal y materiales se utiliza la jaula que se encuentra debajo de la plataforma.2 a 3 m. - - Por el contrario algunos inconvenientes que presenta son: El ambiente de trabajo es de escasa calidad. La rugosidad de las paredes resultantes es grande y el estado del macizo remanente es peor que el conseguido con el sistema “raise boring”. siendo posible excavar secciones desde 3m2 hasta 30m2. etc. La preparación inicial del área de trabajo es muy reducida. Durante el trabajo los perforistas se encuentran sobre una plataforma segura. Las diferentes secciones y geometrías de las chimeneas se pueden conseguir cambiando las plataformas. En un relevo dos perforistas pueden avanzar de 2. La chimenea mas larga efectuada hasta la actualidad tiene 1040 m y una inclinación de 45º. La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con bulones de anclaje. eléctricos o diesel. y a partir de esas distancias se recomiendan los motores diesel. los eléctricos hasta 800 m. Es posible en una misma obra cambiar la dirección e inclinación de las chimeneas mediante el uso de carriles curvos. En terrenos malos las plataformas pueden utilizarse para realizar el sostenimiento mediante bulonaje. y tanto las tuberías de aire como de agua necesarias para la perforación y ventilación se sitúan en el lado interno del carril guía para su protección. Los accionamientos de aire comprimido son adecuados para longitudes inferiores a los 200 m. La inversión es menor que con el sistema “raise boring”. inyección. Se tiene dos tipos: STH-5E con una unidad propulsora - - Área máxima aproximada Chimenea vertical Longitud máxima Aproximada de chimenea Velocidad de ascenso Velocidad descenso por gravedad Potencia motor : 7 m2 : 800 – 900 m. 9 . : 18m/min. : 25 – 30/min.Tipos de plataforma trepadoras. : 10 HP STH-5EE con dos unidades propulsoras - - Área máxima aproximada Chimenea vertical Longitud máxima Aproximada de chimenea Velocidad de ascenso : 15 m2 : 800 – 900 m. a) Plataforma trepadora STH. : 18m/min.5E de propulsión eléctrica. : 25 – 30/min. STH-5D con unidad propulsora - - Área máxima aproximada chimenea vertical Longitud máxima Aproximada de chimenea Velocidad de ascenso Velocidad descenso por gravedad Potencia motor : 5 m2 : 200 m. Preparación: Se desarrolla los accesos de extracción.22m/min. se aumenta la distancia entre los niveles principales. ya sea piques o rampas. : 25 – 30/min. Diseño: El diseño se puede adecuar a las labores antiguas de preparación o puede planificarse de acuerdo al yacimiento que se explotara. desde allí se desarrollan las galerías de extracción y los “ore pass”.- Velocidad Descenso por gravedad Potencia motor : 25 – 30/min. Explotación por chimeneas La gran de este sistema de explotación. Como no se necesitan subniveles. al compararlo con la mayoría de los métodos de explotación subterránea mas conocidos. : 15 . : 2 x 10 HP b) Plataforma trepadora STH-5D de propulsión Hidráulica. Simultáneamente se desarrollan las chimeneas de explotación atravesando el cuerpo mineralizado hasta el nivel superior. con la consiguiente disminución de los costos unitarios. 10 . desde la galería de extracción se realizan los “draw point”. es el ahorro que se logra a través de la minimización de los trabajos de desarrollo efectuados fuera del cuerpo mineralizado. : 38 HP STH-5DD con dos unidades propulsoras - - Área máxima aproximada Chimenea vertical Longitud máxima Aproximada de chimenea Velocidad de ascenso Velocidad Descenso por gravedad Potencia motor : 10 .15 m2 : 200 m. las labores se adecuan a las necesidades de operación siempre tratando de minimizar los costos de preparación. : 38 HP 3. : 22m/min. se perforan los taladros largos horizontales. así como las diferentes labores en el nivel de acarreo. Minado por chimeneas en el Perú Minado por chimeneas en la mina Atacocha Este método de explotación fue propuesto para algunos cuerpos mineralizados más favorables por sus características geológicas y geomecánicas con fines de su mecanización.32 se observa el sistema de minado. Control de dilución en niveles moderados. La explotación se puede iniciarse en varios frentes simultáneamente. horizontales. Aspectos Geológicos: En el yacimiento minero de Atacocha se pueden diferenciar dos unidades: Atacocha y Santa Bárbara. En la unidad Atacocha la mineralización se presenta en forma de cuerpos de relleno y remplazamiento y también en vetas o filones.Se debe tener bastante cuidado en la ubicación de las chimeneas de explotación. 11 . aplicados a cuerpos irregulares con cajas de mediana competencia. dejando pilares si es necesario para sostener las cajas. En este contexto el trabajo pretende mostrar las bondades que ofrece la aplicación de la técnica de perforación de taladros largos horizontales desde plataformas ubicadas en chimeneas de explotación. Minado: Desde las chimeneas utilizando la plataforma de trepadora Alimak o usando una plataforma de izaje Jaula Jora. separadas por la falla regional Atacocha. antes tendrá que removerse los rieles guiadores en el caso de Alimak y retirar la jaula en el caso de Jaula Jora. distantes un kilómetro una de la otra. se sujetan a las condiciones que requiere Atacocha: Mayor seguridad durante el laboreo. en las figuras 2. “raise mining” o explotación por chimeneas. para la ejecución de la voladura. 4. aspecto que favorece la fragmentación. La ubicación correcta de las diferentes labores de preparación facilitara el control de los contactos mineralizados durante las diferentes cortes en la explotación. Generar una producción mucho más rápida desde un inicio. Las secciones de la diferentes labores en el nivel de acarreo serán diseñados de acuerdo al tamaño del equipo. Con perforación de taladros largos. En la unidad Santa Bárbara se tiene la presencia de cuerpos metasomaticos de contacto con una orientación de norte a sur y una mineralización emplazada en el contacto de la aureola de Skarn con el mármol. luego desde la misma jaula se realiza el cargo de explosivos. La alternativa de explotación propuesta. En el flanco oeste del intrusito Ayarragran. Bajos costos de inversión y preparación (adecuados labores y usando equipo existente). así como también el orientar los planos de perforación en forma casi transversal a los principales planos de fractura. “Raise minig” como método alternativo de explotación. Simultáneamente se desarrollan las chimeneas de explotación atravesando el cuerpo mineralizado hasta el nivel superior. 12 . ha facilitado la aplicación de método para casos de cuerpos anchos con contornos irregulares como el nuestro. Sistema de explotación en aplicación. diseñado para la ejecución de chimeneas y para la perforación de taladros largos de producción. El método de explotación por chimeneas con perforación de taladros largos horizontales desde plataformas ubicadas en chimeneas se viene usando en minería desde hace muchas décadas. llega bastante confinado.. se realiza el cargado de explosivos y la remoción de los rieles guiadores. Los sistemas de fracturamiento “in situ” reconocidos por geología han definido direcciones de máxima debilidad estructural según los planos promedio como se indica a continuación: a) Rumbo E-W b) Rumbo N50º Buzamiento 80º al norte. sin uso de sostenimiento temporal como el “split set”. apelmazándose especialmente en las tolvas. Dicho sector se ubica dentro de un halo de “skarn” de aproximadamente 130 m de potencia entre las secuencias wallastonita – mármol a una distancia media de 70 m del intrusivo. que condiciona la continuidad del proceso y no permite una producción continua de mineral. El uso del equipo Alimak Raise Climber. En un principio para la explotación de vetas angostas y bajo ciertas circunstancias en vetas anchas. Una vez ganado acceso al cuerpo mineralizado se inicia en el nivel de acarreo la preparación de la infraestructura de recepción y almacenamiento de mineral “draw point”. Finalmente se ejecuta la voladura y el subsiguiente carguío y transporte de mineral. Posteriormente. La producción actual programada es de 2500 t/día proveniente de 45 “stopes”. al pasar por varias etapas de manipuleo. que en su traslado a superficie.El área seleccionada para el desarrollo del minado masivo experimental se ubica en la zona sur de Santa Bárbara entre los niveles 4095 y 4154 y esta conformado por el “ore body” Vascania.El método de explotación en aplicación es el corte y relleno ascendente con relleno detrítico e hidráulico indistintamente. Descripción del método. Marco geomecánico del área. Siendo el 66% aporte de terceros. se perforan los taladros largos horizontales. utilizando la plataforma de la trepadora Alimak o usando una plataforma de izaje Jora Lift. dadas las características de dureza y competencia podemos definir a la zona metazomatico como competente. El diagnostico de la operación señala ciclos de explotación largos y prolongados debido a la demanda que origina la operación de relleno. A la fecha no existen antecedentes mecánicos de calidad de roca para el área seleccionada: sin embargo.La mineralización de mena en estos cuerpos esta conformado por escalerita con pequeñas cantidades de galena y calcopirita. Buzamiento 75º al noroeste. así como también a dificultades y demoras en la extracción ocasionadas por la naturaleza higroscopica del mineral. La evolución bajo el mismo esquema de sistemas convencionales a semimecanizados y mecanizados.. Alta productividad.Plan General Objetivos: Mayor seguridad. Alta rentabilidad. Bajos costos de producción. 13 . Baja inversión. Dilución en niveles moderados. Alcances: El diseño parcial del “ore body” Vasconia Stope 62 proyecta una producción regular de 960 t/día con dos equipos de perforación y 18 hombres. Concentración de la producción. Posibilidad de hacer rentable la explotación de “Blocas” marginales. La roca encajonante que contiene el mineral es competente.oz Ag/tc : 0. Informes de minas que usan el sistema de explotación por chimeneas hacen mención de un 5% como porcentaje de dilución. Entonces antes del disparo se podrá conocer dichas leyes.oz Au/tc : 0.50 a 2.% Cu : 0. Criterios del diseño El diseño se plantea priorizando la necesidad de intensificar el grado de mecanización de las operaciones y obras civiles asociadas. así como también orientar los planos de perforación en forma casi transversal a los principales planos de fracturas.La importancia que demande la aplicación de la propuesta permitirá identificar y priorizar los factores críticos para la optimización del método y finalmente. considerando los siguientes aspectos: a) Geomecánicos Se contempla la estabilidad de la excavación.0 m). que favorecerá la mejora del proceso con el fin de establecer posteriormente un plan de desarrollo estratégico. distribuidos en planos horizontales separados entre si por un burden (1.41 . el control de la sobreescavación en los contactos y la fragmentación. controla los contactos durante el avance de la perforación. b) Reservas – “ore body” Vasconia .% Pb : 0.057 c) Dilución El sistema de perforación “long hole”. La ubicación correcta de las diferentes labores de preparación facilitará el control de los contactos mineralizados durantes los diferentes cortes en la explotación.Toneladas : 150 000 . así como a las diferentes labores en el nivel de acarreo.60 . silicificación y silicatación. para enmarcar el entorno del manejo operativo de la producción. estas labores se adecuan a la nueva necesidad de operación con el objeto de bajar los costos de preparación.Block Nº : Stope 62-A-1 . Las alteraciones son más intensas en las calizas (rocas encajonantes) y se manifiestan principalmente como recristalización. d) Diseño de mina El diseño se acomoda a las condiciones establecidas por antiguas labores de preparación del corte y relleno ascendente con equipo cautivo. Con este sistema de perforación se podrá determinar las leyes (muestreando lamas de perforación).% Zn : 0. aspecto que favorecerá la fragmentación. 14 .85 . la orientación del avance de la explotación.017 . Se pone especial atención a la ubicación de las chimeneas de explotación. capaz de soportar grandes cavidades. 4 x 2. en este caso se determina 2.0 m).4 x 2. Arturo Gutiérrez Docente del Curso 15 . con una plataforma estándar mínima de 2. recomendable para el uso de equipos de perforación “long hole” (3. se estima una producción de 960 t/d con el propósito de mejorar así recomendar en el futuro una producción que permita mejorar eficientemente la productividad con costos competitivos. limita el uso del equipo LHD de mayor capacidad. incorporando conceptos modernos de minería. Actualmente se tiene un scooptrams de 2.8 x 2. En las chimeneas se requiere una sección mínima de 2. Ing.0 x 3.4 m.2 yd3 en el acarreo.5 x 2. galerías de 2.4 m.e) Capacidad de equipos El hecho de aprovechar antiguas labores de desarrollo de sección reducida.5 m. f) Planificación y evaluación de la producción Durante la adaptación.8 m.