La justificación para seleccionar un método para extraer carbón depende de factores tales como la topografía, la geometría de la veta de carbón, la geología de las rocas suprayacentes y los requisitos o restricciones ambientales. Por encima de estos, sin embargo, están los factores económicos. Incluyen: disponibilidad, calidad y costos de la fuerza laboral requerida (incluida la disponibilidad de supervisores y gerentes capacitados); adecuación de las instalaciones de vivienda, alimentación y recreación para los trabajadores (especialmente cuando la mina está ubicada a cierta distancia de una comunidad local); disponibilidad de los equipos y maquinaria necesarios y de trabajadores capacitados para operarlos; disponibilidad y costos de transporte para los trabajadores, suministros necesarios y para llevar el carbón al usuario o comprador; disponibilidad y costo del capital necesario para financiar la operación (en moneda local); y el mercado para el tipo particular de carbón a extraer (es decir, el precio al que puede venderse). Un factor importante es el relación de extracción, es decir, la cantidad de material de sobrecarga a remover en proporción a la cantidad de carbón que se puede extraer; a medida que aumenta, el costo de la minería se vuelve menos atractivo. Un factor importante, especialmente en la minería a cielo abierto, que, lamentablemente, a menudo se pasa por alto en la ecuación, es el costo de restaurar el terreno y el medio ambiente cuando se cierra la operación minera.

El Bienestar y la Seguridad

Otro factor crítico es el costo de proteger la salud y la seguridad de los mineros. Desafortunadamente, particularmente en operaciones a pequeña escala, en lugar de sopesarse para decidir si se debe extraer el carbón o cómo, las medidas de protección necesarias a menudo se ignoran o se subestiman.

En realidad, aunque siempre hay peligros insospechados, que pueden provenir de los elementos en lugar de las operaciones mineras, cualquier operación minera puede ser segura siempre que haya un compromiso de todas las partes para una operación segura.

Minas de carbón de superficie

La extracción de carbón a cielo abierto se realiza mediante una variedad de métodos según la topografía, el área en la que se realiza la extracción y los factores ambientales. Todos los métodos implican la eliminación de material de sobrecarga para permitir la extracción del carbón. Aunque generalmente son más seguras que la minería subterránea, las operaciones de superficie tienen algunos peligros específicos que deben abordarse. Entre ellos destaca el uso de equipos pesados ​​que, además de accidentes, pueden implicar exposición a gases de escape, ruido y contacto con combustibles, lubricantes y disolventes. Las condiciones climáticas, como fuertes lluvias, nieve y hielo, poca visibilidad y calor o frío excesivos pueden agravar estos peligros. Cuando se requieren voladuras para romper formaciones rocosas, se requieren precauciones especiales en el almacenamiento, manejo y uso de explosivos.

Las operaciones de superficie requieren el uso de enormes vertederos de desechos para almacenar los productos de sobrecarga. Se deben implementar controles apropiados para evitar fallas en el vertedero y para proteger a los empleados, el público en general y el medio ambiente.

Minería subterránea

También hay una variedad de métodos para la minería subterránea. Su denominador común es la creación de túneles desde la superficie hasta la veta de carbón y el uso de máquinas y/o explosivos para extraer el carbón. Además de la alta frecuencia de accidentes (la minería del carbón ocupa un lugar destacado en la lista de lugares de trabajo peligrosos dondequiera que se mantengan estadísticas), el potencial de un incidente importante que involucre múltiples pérdidas de vidas siempre está presente en las operaciones subterráneas. Dos causas principales de tales catástrofes son los derrumbes debido a la ingeniería defectuosa de los túneles y la explosión y el fuego debido a la acumulación de metano y/o niveles inflamables de polvo de carbón en el aire.

Metano

El metano es altamente explosivo en concentraciones de 5 a 15% y ha sido la causa de numerosos desastres mineros. La mejor manera de controlarlo es proporcionando un flujo de aire adecuado para diluir el gas a un nivel que esté por debajo de su rango explosivo y expulsarlo rápidamente del funcionamiento. Los niveles de metano deben ser monitoreados continuamente y establecer reglas para cerrar las operaciones cuando su concentración alcanza 1 a 1.5% y evacuar la mina rápidamente si alcanza niveles de 2 a 2.5%.

Polvo de carbón

Además de causar la enfermedad del pulmón negro (antracosis) si los mineros lo inhalan, el polvo de carbón es explosivo cuando el polvo fino se mezcla con el aire y se enciende. El polvo de carbón en el aire se puede controlar mediante rociadores de agua y ventilación por extracción. Puede recogerse filtrando el aire de recirculación o puede neutralizarse añadiendo polvo de piedra en cantidades suficientes para volver inerte la mezcla de polvo de carbón y aire.

Atrás

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

Atlas Copco

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

Atlas Copco

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.

La 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.

La 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.

La 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.

La 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.

Atrás

La producción subterránea de carbón comenzó primero con túneles de acceso, o socavones, que se extraían en vetas de sus afloramientos superficiales. Sin embargo, los problemas causados ​​por los medios de transporte inadecuados para llevar el carbón a la superficie y por el riesgo cada vez mayor de encender bolsas de metano de las velas y otras luces de llama abierta limitaron la profundidad a la que se podía trabajar en las primeras minas subterráneas.

La creciente demanda de carbón durante la Revolución Industrial dio el incentivo para hundir pozos para acceder a reservas de carbón más profundas y, a mediados del siglo XX, la mayor proporción de la producción mundial de carbón provenía de operaciones subterráneas. Durante las décadas de 1970 y 1980 hubo un desarrollo generalizado de la capacidad de nuevas minas de carbón a cielo abierto, particularmente en países como Estados Unidos, Sudáfrica, Australia e India. En la década de 1990, sin embargo, el renovado interés en la minería subterránea dio como resultado el desarrollo de nuevas minas (en Queensland, Australia, por ejemplo) desde los puntos más profundos de las antiguas minas a cielo abierto. A mediados de la década de 1990, la minería subterránea representaba quizás el 45% de toda la hulla extraída en todo el mundo. La proporción real varió ampliamente, desde menos del 30 % en Australia e India hasta alrededor del 95 % en China. Por razones económicas, el lignito y el lignito rara vez se extraen bajo tierra.

Una mina de carbón subterránea consta esencialmente de tres componentes: un área de producción; transporte de carbón al pie de un pozo o declive; y izar o transportar el carbón a la superficie. La producción también incluye el trabajo preparatorio que se necesita para permitir el acceso a las futuras áreas de producción de una mina y, en consecuencia, representa el nivel más alto de riesgo personal.

Desarrollo de la mina

El medio más simple para acceder a una veta de carbón es seguirla desde su afloramiento superficial, una técnica que aún se practica ampliamente en áreas donde la topografía suprayacente es empinada y las vetas son relativamente planas. Un ejemplo es la cuenca carbonífera de los Apalaches en el sur de Virginia Occidental en los Estados Unidos. El método de minería real utilizado en la veta es irrelevante en este punto; el factor importante es que el acceso puede obtenerse a bajo costo y con un mínimo esfuerzo de construcción. Los socavones también se usan comúnmente en áreas de minería de carbón de baja tecnología, donde el carbón producido durante la extracción del socavón se puede usar para compensar sus costos de desarrollo.

Otros medios de acceso incluyen descensos (o rampas) y pozos verticales. La elección generalmente depende de la profundidad de la veta de carbón que se está trabajando: cuanto más profunda sea la veta, más costoso será desarrollar una rampa escalonada a lo largo de la cual puedan operar los vehículos o las cintas transportadoras.

El hundimiento del pozo, en el que se extrae un pozo verticalmente hacia abajo desde la superficie, es costoso y requiere mucho tiempo y requiere un tiempo de espera más largo entre el comienzo de la construcción y la extracción del primer carbón. En los casos en que las vetas son profundas, como en la mayoría de los países europeos y en China, los pozos a menudo tienen que hundirse a través de rocas acuíferas que recubren las vetas de carbón. En este caso, se deben utilizar técnicas especializadas, como la congelación del suelo o la lechada, para evitar que el agua fluya hacia el pozo, que luego se recubre con anillos de acero u hormigón colado para proporcionar un sello a largo plazo.

Los declives se utilizan típicamente para acceder a vetas que son demasiado profundas para la minería a cielo abierto, pero que todavía están relativamente cerca de la superficie. En la cuenca carbonífera de Mpumalanga (Transvaal oriental) en Sudáfrica, por ejemplo, las vetas explotables se encuentran a una profundidad de no más de 150 m; en algunas áreas, se extraen a cielo abierto, y en otras es necesaria la minería subterránea, en cuyo caso las rampas se utilizan a menudo para proporcionar acceso a los equipos de minería y para instalar las cintas transportadoras que se utilizan para sacar el carbón extraído de la mina.

Los declives difieren de los socavones en que generalmente se excavan en roca, no en carbón (a menos que la veta se sumerja a un ritmo constante), y se extraen a un gradiente constante para optimizar el acceso de vehículos y transportadores. Una innovación desde la década de 1970 ha sido el uso de cintas transportadoras que funcionan en descensos para transportar la producción de minas profundas, un sistema que tiene ventajas sobre el izaje de pozo tradicional en términos de capacidad y confiabilidad.

Métodos de minería

La minería subterránea del carbón abarca dos métodos principales, de los cuales han evolucionado muchas variaciones para abordar las condiciones de la minería en operaciones individuales. La extracción de habitaciones y pilares involucra túneles de minería (o caminos) en una cuadrícula regular, a menudo dejando pilares sustanciales para el soporte a largo plazo del techo. La minería de tajo largo logra la extracción total de grandes partes de una veta de carbón, lo que hace que las rocas del techo se derrumben en el área minada.

Minería de cámara y pilar

La minería de cámaras y pilares es el sistema de minería subterránea de carbón más antiguo y el primero en utilizar el concepto de soporte de techo regular para proteger a los trabajadores de la mina. El nombre de minería de cuarto y pilar se deriva de los pilares de carbón que se dejan en una red regular para proporcionar in situ apoyo al techo. Se ha convertido en un método mecanizado de alta producción que, en algunos países, representa una proporción sustancial de la producción subterránea total. Por ejemplo, el 60% de la producción subterránea de carbón en los Estados Unidos proviene de minas de cámara y pilar. En términos de escala, algunas minas en Sudáfrica tienen capacidades instaladas superiores a 10 millones de toneladas por año a partir de operaciones de sección de producción múltiple en vetas de hasta 6 m de espesor. Por el contrario, muchas minas de cuarto y pilar en los Estados Unidos son pequeñas, operan en espesores de veta tan bajos como 1 m, con la capacidad de detener y reiniciar la producción rápidamente según lo dicten las condiciones del mercado.

La minería de cuarto y pilar se usa típicamente en vetas menos profundas, donde la presión aplicada por las rocas superpuestas sobre los pilares de soporte no es excesiva. El sistema tiene dos ventajas clave sobre la minería de tajo largo: su flexibilidad y seguridad inherente. Su principal desventaja es que la recuperación del recurso de carbón es solo parcial, y la cantidad precisa depende de factores como la profundidad de la veta debajo de la superficie y su espesor. Son posibles recuperaciones de hasta el 60%. La recuperación del XNUMX% es posible si los pilares se extraen como segunda fase del proceso de extracción.

El sistema también es capaz de varios niveles de sofisticación técnica, que van desde técnicas intensivas en mano de obra (como la "minería en canasta" en la que la mayoría de las etapas de la minería, incluido el transporte de carbón, son manuales) hasta técnicas altamente mecanizadas. El carbón se puede extraer del frente del túnel usando explosivos o máquinas de minería continua. Vehículos o cintas transportadoras móviles proporcionan transporte de carbón mecanizado. Se utilizan pernos de techo y flejes de metal o madera para sostener el techo de la calzada y las intersecciones entre calzadas donde la luz abierta es mayor.

Un minero continuo, que incorpora un cabezal de corte y un sistema de carga de carbón montado sobre orugas, normalmente pesa entre 50 y 100 toneladas, dependiendo de la altura operativa en la que está diseñado para trabajar, la potencia instalada y el ancho de corte requerido. Algunos están equipados con máquinas de instalación de pernos de roca a bordo que brindan soporte al techo simultáneamente con el corte de carbón; en otros casos, se utilizan secuencialmente máquinas mineras continuas y empernadoras de techo separadas.

Los transportadores de carbón pueden recibir energía eléctrica de un cable umbilical o pueden funcionar con baterías o con un motor diésel. Este último proporciona una mayor flexibilidad. El carbón se carga desde la parte trasera del minero continuo al vehículo, que luego transporta una carga útil, generalmente entre 5 y 20 toneladas, a una corta distancia de una tolva de alimentación para el sistema de cinta transportadora principal. Se puede incluir una trituradora en el alimentador de la tolva para romper carbón o rocas de gran tamaño que podrían bloquear los conductos o dañar las cintas transportadoras más adelante en el sistema de transporte.

Una alternativa al transporte vehicular es el sistema de transporte continuo, un transportador seccional flexible montado sobre orugas que transporta el carbón cortado directamente desde el minero continuo hasta la tolva. Estos ofrecen ventajas en términos de seguridad del personal y capacidad productiva, y su uso se está extendiendo a los sistemas de desarrollo de caminos de tajo largo por las mismas razones.

Las carreteras se extraen a anchos de 6.0 m, normalmente la altura total de la veta. Los tamaños de los pilares dependen de la profundidad debajo de la superficie; Pilares cuadrados de 15.0 m en centros de 21.0 m serían representativos del diseño de pilares para una mina poco profunda de veta baja.

Minería de tajo largo

La minería de tajo largo es ampliamente percibida como un desarrollo del siglo XX; sin embargo, se cree que el concepto se desarrolló más de 200 años antes. El principal avance es que las operaciones anteriores eran principalmente manuales, mientras que, desde la década de 1950, el nivel de mecanización ha aumentado hasta el punto de que un frente de tajo largo ahora es una unidad de alta productividad que puede ser operada por una cuadrilla muy pequeña de trabajadores.

Longwalling tiene una ventaja primordial en comparación con la minería de cuarto y pilar: puede lograr la extracción completa del panel en una sola pasada y recupera una mayor proporción general del recurso total de carbón. Sin embargo, el método es relativamente inflexible y exige tanto un gran recurso explotable como ventas garantizadas para ser viable, debido a los altos costos de capital involucrados en el desarrollo y equipamiento de un frente de tajo largo moderno (más de US$20 millones en algunos casos).

Si bien en el pasado, las minas individuales a menudo operaban simultáneamente varios frentes largos (en países como Polonia, más de diez por mina en varios casos), la tendencia actual es hacia la consolidación de la capacidad minera en menos unidades de trabajo pesado. Las ventajas de esto son los requisitos de mano de obra reducidos y la necesidad de un desarrollo y mantenimiento de infraestructura subterránea menos extenso.

En la minería de tajo largo, el techo se derrumba deliberadamente a medida que se extrae la veta; solo las principales rutas de acceso subterráneo están protegidas por pilares de soporte. El control del techo se proporciona en una cara de tajo largo mediante soportes hidráulicos de dos o cuatro patas que toman la carga inmediata del techo suprayacente, lo que permite su distribución parcial a la cara no minada y los pilares a cada lado del panel, y protegen el equipo de la cara. y personal del techo colapsado detrás de la línea de soportes. El carbón se corta con una cizalla eléctrica, generalmente equipada con dos tambores de corte de carbón, que extrae una franja de carbón de hasta 1.1 m de espesor desde el frente en cada pasada. La cizalla avanza y carga el carbón cortado en un transportador blindado que serpentea hacia adelante después de cada corte mediante el movimiento secuencial de los soportes frontales.

En el extremo frontal, el carbón cortado se transfiere a una cinta transportadora para transportarlo a la superficie. En una cara de avance, el cinturón debe extenderse regularmente a medida que aumenta la distancia desde el punto de partida de la cara, mientras que en retirada-taladro largo se aplica lo contrario.

Durante los últimos 40 años, ha habido aumentos sustanciales tanto en la longitud del frente de frente largo extraído como en la longitud del panel de frente largo individual (el bloque de carbón a través del cual avanza el frente). A modo de ilustración, en los Estados Unidos, la longitud promedio de la cara de tajo largo aumentó de 150 m en 1980 a 227 m en 1993. En Alemania, el promedio de mediados de la década de 1990 fue de 270 m y se están planificando longitudes de cara de más de 300 m. Tanto en el Reino Unido como en Polonia, se extraen frentes de hasta 300 m de largo. Las longitudes de los paneles están determinadas en gran medida por las condiciones geológicas, como las fallas o los límites de la mina, pero ahora superan constantemente los 2.5 km en buenas condiciones. En Estados Unidos se está discutiendo la posibilidad de paneles de hasta 6.7 ​​km de largo.

La minería en retirada se está convirtiendo en el estándar de la industria, aunque implica un mayor gasto de capital inicial en el desarrollo de la carretera hasta la extensión más lejana de cada panel antes de que pueda comenzar el tajo largo. Siempre que sea posible, las carreteras ahora se excavan en la veta, utilizando mineros continuos, con soporte de pernos de roca que reemplazan los arcos de acero y las cerchas que se usaban anteriormente para brindar un soporte positivo a las rocas suprayacentes, en lugar de una reacción pasiva a los movimientos de las rocas. Sin embargo, su aplicabilidad está limitada a rocas de techo competentes.

Precauciones de Seguridad

Las estadísticas de la OIT (1994) indican una amplia variación geográfica en la tasa de muertes en la minería del carbón, aunque estos datos deben tener en cuenta el nivel de sofisticación de la minería y el número de trabajadores empleados en cada país. Las condiciones han mejorado en muchos países industrializados.

Los principales incidentes mineros ahora son relativamente poco frecuentes, ya que los estándares de ingeniería han mejorado y se ha incorporado resistencia al fuego en materiales como las bandas transportadoras y los fluidos hidráulicos utilizados bajo tierra. No obstante, sigue existiendo la posibilidad de que se produzcan incidentes capaces de causar daños personales o estructurales. Todavía se producen explosiones de gas metano y polvo de carbón, a pesar de las prácticas de ventilación muy mejoradas, y las caídas de techos representan la mayoría de los accidentes graves en todo el mundo. Los incendios, ya sea en equipos o que se produzcan como resultado de una combustión espontánea, representan un peligro particular.

Considerando los dos extremos, minería intensiva en mano de obra y altamente mecanizada, también existen grandes diferencias tanto en las tasas de accidentes como en los tipos de incidentes involucrados. Los trabajadores empleados en una mina manual a pequeña escala tienen más probabilidades de sufrir lesiones por caídas de rocas o carbón desde el techo o las paredes laterales de la carretera. También corren el riesgo de una mayor exposición al polvo y al gas inflamable si los sistemas de ventilación son inadecuados.

Tanto la minería de cuarto y pilar como el desarrollo de caminos para brindar acceso a los paneles de tajo largo requieren soporte para el techo y las rocas del flanco. El tipo y densidad de apoyo varía según el espesor de la veta, la competencia de las rocas suprayacentes y la profundidad de la veta, entre otros factores. El lugar más peligroso en cualquier mina está debajo de un techo sin soporte, y la mayoría de los países imponen restricciones legislativas estrictas sobre la longitud de la carretera que se puede desarrollar antes de instalar el soporte. La recuperación de pilares en las operaciones de cuarto y pilar presenta peligros específicos a través del potencial de colapso repentino del techo y debe programarse cuidadosamente para evitar un mayor riesgo para los trabajadores.

Los frentes de tajo largo modernos de alta productividad requieren un equipo de seis a ocho operadores, por lo que la cantidad de personas expuestas a peligros potenciales se reduce notablemente. El polvo generado por la cizalladora de tajo largo es una gran preocupación. Por lo tanto, el corte de carbón a veces se restringe a una dirección a lo largo de la cara para aprovechar el flujo de ventilación para alejar el polvo de los operadores de la cizalla. El calor generado por máquinas eléctricas cada vez más potentes en los confines del frente también tiene efectos potencialmente nocivos para los trabajadores del frente, especialmente a medida que las minas se vuelven más profundas.

La velocidad a la que trabajan las cizallas a lo largo del frente también está aumentando. Las tasas de corte de hasta 45 m/minuto están bajo consideración activa a fines de la década de 1990. Es dudosa la capacidad física de los trabajadores para seguir el ritmo de la cortadora de carbón que se mueve repetidamente sobre una cara de 300 m de largo durante un turno de trabajo completo y, por lo tanto, el aumento de la velocidad de la cizalla es un incentivo importante para la introducción más amplia de sistemas de automatización para los que actuarían los mineros. como monitores en lugar de operadores prácticos.

La recuperación de equipos frontales y su transferencia a un nuevo lugar de trabajo ofrece peligros únicos para los trabajadores. Se han desarrollado métodos innovadores para asegurar el techo de tajo largo y el carbón frontal a fin de minimizar el riesgo de caída de rocas durante la operación de transferencia. Sin embargo, los elementos individuales de la maquinaria son extremadamente pesados ​​(más de 20 toneladas para un soporte frontal grande y mucho más para una cizalla) y, a pesar del uso de transportadores diseñados a medida, sigue existiendo el riesgo de lesiones personales por aplastamiento o levantamiento durante el salvamento de tajo largo. .

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Desarrollo de la mina

Planificación y diseño de pozos.

El objetivo económico general de la minería a cielo abierto es eliminar la menor cantidad de material y obtener el mayor retorno de la inversión mediante el procesamiento del producto mineral más comercializable. Cuanto mayor sea la ley del depósito mineral, mayor será el valor. Para minimizar la inversión de capital mientras se accede al material de mayor valor dentro de un depósito mineral, se desarrolla un plan de mina que detalla con precisión la forma en que se extraerá y procesará el cuerpo mineral. Como muchos depósitos de mineral no tienen una forma uniforme, el plan de la mina está precedido por una extensa perforación exploratoria para perfilar la geología y la posición del yacimiento. El tamaño del depósito mineral dicta el tamaño y el diseño de la mina. El diseño de una mina a cielo abierto está dictado por la mineralogía y la geología del área. La forma de la mayoría de las minas a cielo abierto se aproxima a un cono, pero siempre refleja la forma del depósito mineral que se está desarrollando. Las minas a cielo abierto están construidas con una serie de repisas o bancos concéntricos que están divididos en dos por el acceso a la mina y los caminos de acarreo que se inclinan hacia abajo desde el borde del pozo hasta el fondo en una orientación en espiral o en zigzag. Independientemente del tamaño, el plan de la mina incluye provisiones para el desarrollo del tajo, infraestructura (p. ej., almacenamiento, oficinas y mantenimiento), transporte, equipo, índices y tarifas de extracción. Las tasas y proporciones de extracción influyen en la vida útil de la mina, que se define por el agotamiento del cuerpo mineral o la realización de un límite económico.

Las minas a cielo abierto contemporáneas varían en escala, desde pequeñas empresas privadas que procesan unos pocos cientos de toneladas de mineral por día hasta complejos industriales expandidos operados por gobiernos y corporaciones multinacionales que extraen más de un millón de toneladas de material por día. Las operaciones más grandes pueden involucrar muchos kilómetros cuadrados de área.

pelar sobrecargar

La sobrecarga es roca estéril que consiste en material consolidado y no consolidado que debe eliminarse para exponer el cuerpo de mineral subyacente. Es deseable remover la menor cantidad posible de sobrecarga para acceder al mineral de interés, pero se excava un mayor volumen de roca estéril cuando el depósito de mineral es profundo. La mayoría de las técnicas de remoción son cíclicas con interrupción en las fases de extracción (perforación, voladura y carga) y remoción (transporte). Esto es particularmente cierto para la sobrecarga de roca dura que debe perforarse y volarse primero. Una excepción a este efecto cíclico son las dragas utilizadas en la minería de superficie hidráulica y algunos tipos de minería de material suelto con excavadoras de rueda de cangilones. La fracción de roca estéril a mineral excavado se define como la relación de extracción. Las relaciones de extracción de 2:1 a 4:1 no son infrecuentes en grandes operaciones mineras. Las proporciones superiores a 6:1 tienden a ser menos viables económicamente, según el producto. Una vez removida, la sobrecarga se puede usar para la construcción de caminos y relaves o puede tener un valor comercial no minero como tierra de relleno.

Selección de equipos de minería

La selección del equipo minero es una función del plan de la mina. Algunos de los factores considerados en la selección del equipo de mina incluyen la topografía del tajo y el área circundante, la cantidad de mineral a extraer, la velocidad y la distancia que debe transportarse el mineral para su procesamiento y la vida útil estimada de la mina, entre otros. En general, la mayoría de las operaciones de minería de superficie contemporáneas se basan en equipos de perforación móviles, palas hidráulicas, cargadores frontales, traíllas y camiones de acarreo para extraer el mineral e iniciar el procesamiento del mineral. Cuanto mayor sea la operación de la mina, mayor será la capacidad del equipo necesario para mantener el plan de la mina.

El equipo es generalmente el más grande disponible para igualar la economía de escala de las minas de superficie teniendo en cuenta la capacidad del equipo. Por ejemplo, un cargador frontal pequeño puede llenar un camión de acarreo grande pero la combinación no es eficiente. De manera similar, una pala grande puede cargar camiones más pequeños pero requiere que los camiones reduzcan sus tiempos de ciclo y no optimiza la utilización de la pala, ya que un balde de pala puede contener suficiente mineral para más de un camión. La seguridad puede verse comprometida al intentar cargar solo la mitad de un balde o si un camión está sobrecargado. Además, la escala del equipo seleccionado debe coincidir con las instalaciones de mantenimiento disponibles. Los equipos grandes a menudo se mantienen cuando fallan debido a las dificultades logísticas asociadas con su transporte a las instalaciones de mantenimiento establecidas. Cuando sea posible, las instalaciones de mantenimiento de la mina están diseñadas para adaptarse a la escala y cantidad del equipo de la mina. Por lo tanto, a medida que se introducen nuevos equipos más grandes en el plan de la mina, también se debe abordar la infraestructura de apoyo, incluidos el tamaño y la calidad de los caminos de acarreo, las herramientas y las instalaciones de mantenimiento.

Métodos Convencionales de Minería de Superficie

La minería a cielo abierto y la minería a cielo abierto son las dos categorías principales de minería a cielo abierto que representan más del 90% de la producción minera a cielo abierto en todo el mundo. Las principales diferencias entre estos métodos de minería son la ubicación del yacimiento y el modo de extracción mecánica. Para la minería de rocas sueltas, el proceso es esencialmente continuo con pasos de extracción y transporte que se ejecutan en serie. La minería de roca sólida requiere un proceso discontinuo de perforación y voladura antes de las etapas de carga y acarreo. Minería a cielo abierto (o minería a cielo abierto) las técnicas se relacionan con la extracción de cuerpos minerales que están cerca de la superficie y son de naturaleza relativamente plana o tabular y vetas minerales. Utiliza una variedad de diferentes tipos de equipos que incluyen palas, camiones, líneas de arrastre, excavadoras de rueda de cangilones y traíllas. La mayoría de las minas a cielo abierto procesan depósitos de roca no dura. El carbón es el producto básico más común que se extrae a cielo abierto de las vetas superficiales. A diferencia de, minería a cielo abierto se emplea para extraer mineral de roca dura que se disemina y/o se ubica en vetas profundas y, por lo general, se limita a la extracción con equipo de pala y camión. Muchos metales se extraen mediante la técnica a cielo abierto: oro, plata y cobre, por mencionar algunos.

Canteras es un término utilizado para describir una técnica de minería a cielo abierto especializada en la que se extrae roca sólida con un alto grado de consolidación y densidad de depósitos localizados. Los materiales de cantera se trituran y rompen para producir agregados o piedra de construcción, como dolomita y piedra caliza, o se combinan con otros productos químicos para producir cemento y cal. Los materiales de construcción se producen en canteras ubicadas muy cerca del sitio de uso del material para reducir los costos de transporte. Las piedras ornamentales como losas, granito, piedra caliza, mármol, arenisca y pizarra representan una segunda clase de materiales de cantera. Las canteras de piedra dimensional se encuentran en áreas que tienen las características minerales deseadas que pueden o no estar geográficamente remotas y requieren transporte a los mercados de usuarios.

Muchos yacimientos minerales son demasiado difusos e irregulares, o demasiado pequeños o profundos para ser extraídos mediante métodos a cielo abierto oa cielo abierto y deben ser extraídos mediante el enfoque más quirúrgico de la minería subterránea. Para determinar cuándo es aplicable la minería a cielo abierto, se deben considerar varios factores, incluidos el terreno y la elevación del sitio y la región, su lejanía, clima, infraestructura como caminos, suministro de energía y agua, requisitos normativos y ambientales, pendiente estabilidad, disposición de sobrecarga y transporte de productos, entre otros.

Terreno y elevación: La topografía y la elevación también juegan un papel importante en la definición de la viabilidad y el alcance de un proyecto minero. En general, cuanto mayor sea la elevación y más accidentado el terreno, más difícil será probablemente el desarrollo y la producción de la mina. Un mineral de mayor ley en una ubicación montañosa inaccesible puede extraerse de manera menos eficiente que un mineral de menor ley en una ubicación plana. Las minas ubicadas en elevaciones más bajas generalmente experimentan menos problemas relacionados con las inclemencias del tiempo para la exploración, el desarrollo y la producción de minas. Como tal, la topografía y la ubicación afectan el método de extracción, así como la viabilidad económica.

La decisión de desarrollar una mina ocurre después de que la exploración haya caracterizado el depósito de mineral y los estudios de factibilidad hayan definido las opciones para la extracción y el procesamiento del mineral. La información que es necesaria para establecer un plan de desarrollo puede incluir la forma, el tamaño y la ley de los minerales en el yacimiento, el volumen total o el tonelaje del material, incluida la sobrecarga y otros factores, como la hidrología y el acceso a una fuente de agua de proceso, la disponibilidad y la fuente de energía, los sitios de almacenamiento de roca estéril, los requisitos de transporte y las características de la infraestructura, incluida la ubicación de los centros de población para respaldar la fuerza laboral o la necesidad de desarrollar un poblado.

Los requisitos de transporte pueden incluir carreteras, autopistas, oleoductos, aeropuertos, vías férreas, vías fluviales y puertos. Para las minas a cielo abierto, generalmente se requieren grandes áreas de tierra que pueden no tener infraestructura existente. En tales casos, primero se deben establecer los caminos, los servicios públicos y los arreglos de vivienda. El tajo se desarrollaría en conexión con otros elementos de procesamiento tales como áreas de almacenamiento de roca estéril, chancadores, concentradores, fundiciones y refinerías, según el grado de integración requerido. Debido a la gran cantidad de capital necesario para financiar estas operaciones, el desarrollo puede realizarse en fases para aprovechar el mineral vendible o arrendable más temprano posible para ayudar a financiar el resto del desarrollo.

Producción y Equipo

Perforación y voladura

La perforación y voladura mecánicas son los primeros pasos en la extracción de mineral de las minas a cielo abierto más desarrolladas y son el método más común utilizado para eliminar la sobrecarga de roca dura. Si bien existen muchos dispositivos mecánicos capaces de aflojar rocas duras, los explosivos son el método preferido, ya que actualmente ningún dispositivo mecánico puede igualar la capacidad de fracturamiento de la energía contenida en las cargas explosivas. Un explosivo de roca dura de uso común es el nitrato de amonio. El equipo de perforación se selecciona sobre la base de la naturaleza del mineral y la velocidad y profundidad de los pozos necesarios para fracturar un tonelaje específico de mineral por día. Por ejemplo, en la extracción de un banco de mineral de 15 m, generalmente se perforarán 60 o más pozos a 15 m del frente de lodo actual, según la longitud del banco que se extraerá. Esto debe ocurrir con suficiente antelación para permitir la preparación del sitio para las actividades de carga y transporte subsiguientes.

carga

La minería de superficie ahora se lleva a cabo típicamente utilizando palas de mesa, cargadores frontales o palas hidráulicas. En la minería a cielo abierto, el equipo de carga se combina con camiones de acarreo que se pueden cargar en tres a cinco ciclos o pases de pala; sin embargo, varios factores determinan la preferencia del equipo de carga. Con rocas afiladas y/o excavaciones difíciles y/o climas húmedos, son preferibles las palas con orugas. Por el contrario, los cargadores con neumáticos de caucho tienen un costo de capital mucho más bajo y son los preferidos para cargar material de bajo volumen y fácil de excavar. Además, los cargadores son muy móviles y adecuados para escenarios de minería que requieren movimientos rápidos de un área a otra o para requisitos de mezcla de minerales. Los cargadores también se utilizan con frecuencia para cargar, transportar y descargar material en las trituradoras desde las pilas de material de mezcla depositadas cerca de las trituradoras por los camiones de acarreo.

Las palas hidráulicas y las palas de cable tienen ventajas y limitaciones similares. Las palas hidráulicas no son las preferidas para excavar rocas duras y las palas de cable generalmente están disponibles en tamaños más grandes. Por lo tanto, las palas de cable grandes con cargas útiles de aproximadamente 50 metros cúbicos y más son el equipo preferido en las minas donde la producción supera las 200,000 XNUMX toneladas por día. Las palas hidráulicas son más versátiles en el frente de la mina y permiten un mayor control del operador para cargar selectivamente desde la mitad inferior o superior del frente de la mina. Esta ventaja es útil cuando se puede lograr la separación de los desechos del mineral en la zona de carga, maximizando así la ley del mineral que se transporta y procesa.

Transporte

El acarreo en minas a cielo abierto y a cielo abierto se realiza más comúnmente con camiones de acarreo. La función de los camiones de acarreo en muchas minas a cielo abierto se limita a circular entre la zona de carga y el punto de transferencia, como una estación de trituración en el tajo o un sistema de transporte. Los camiones de transporte se ven favorecidos por su flexibilidad de operación en relación con los ferrocarriles, que fueron el método de transporte preferido hasta la década de 1960. Sin embargo, el costo de transportar materiales en tajos superficiales metálicos y no metálicos es generalmente superior al 50% del costo operativo total de la mina. La trituración en el tajo y el transporte a través de sistemas de cintas transportadoras ha sido un factor principal para reducir los costos de transporte. Los avances técnicos en los camiones de acarreo, como los motores diésel y los accionamientos eléctricos, han dado lugar a vehículos de capacidad mucho mayor. Varios fabricantes producen actualmente camiones con una capacidad de 240 toneladas y esperan camiones con una capacidad superior a las 310 toneladas en un futuro próximo. Además, el uso de sistemas de despacho computarizados y tecnología de posicionamiento satelital global permite rastrear y programar vehículos con mayor eficiencia y productividad.

Los sistemas de caminos de acarreo pueden usar tráfico en una o dos direcciones. El tráfico puede tener una configuración de carril izquierdo o derecho. Con frecuencia se prefiere el tráfico del carril izquierdo para mejorar la visibilidad del operador de la posición de los neumáticos en camiones muy grandes. La seguridad también se mejora con el tráfico por la izquierda al reducir el potencial de colisión del lado del conductor en el centro de una carretera. Las pendientes de los caminos de acarreo generalmente se limitan a entre el 8 y el 15 % para acarreos sostenidos y, de manera óptima, entre el 7 y el 8 %. La seguridad y el drenaje del agua requiere grandes pendientes que incluyan tramos de al menos 45 m con una pendiente máxima del 2% por cada 460 m de fuerte pendiente. Las bermas de las carreteras (bordes de tierra elevados) ubicadas entre las carreteras y las excavaciones adyacentes son características de seguridad estándar en las minas a cielo abierto. También se pueden colocar en el medio de la carretera para separar el tráfico opuesto. Donde existan caminos de acarreo en zigzag, se pueden instalar carriles de escape de elevación creciente al final de pendientes largas y empinadas. Las barreras en los bordes de los caminos, como las bermas, son estándar y deben ubicarse entre todos los caminos y las excavaciones adyacentes. Las carreteras de alta calidad mejoran la máxima productividad al maximizar las velocidades seguras de los camiones, reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento y reducir la fatiga del conductor. El mantenimiento de las carreteras de los camiones de acarreo contribuye a reducir los costos operativos mediante la reducción del consumo de combustible, una mayor vida útil de los neumáticos y la reducción de los costos de reparación.

El transporte ferroviario, en las mejores condiciones, es superior a otros métodos de transporte para el transporte de mineral a largas distancias fuera de la mina. Sin embargo, en la práctica, el transporte por ferrocarril ya no se usa mucho en la minería a cielo abierto desde la llegada de los camiones eléctricos y diésel. Se reemplazó el transporte por ferrocarril para capitalizar la mayor versatilidad y flexibilidad de los camiones de acarreo y los sistemas de transporte en tajo. Los ferrocarriles requieren pendientes muy suaves de 0.5 a un máximo de 3 % para los acarreos cuesta arriba. La inversión de capital para los requisitos de vías y motores de ferrocarril es muy alta y requiere una larga vida útil de la mina y grandes resultados de producción para justificar el retorno de la inversión.

Manejo de minerales (transporte)

La trituración y el transporte en tajo es una metodología que ha ganado popularidad desde que se implementó por primera vez a mediados de la década de 1950. La ubicación de una trituradora semimóvil en el tajo de la mina con el posterior transporte fuera del tajo por medio de un sistema transportador ha resultado en importantes ventajas de producción y ahorros de costos en comparación con el transporte tradicional con vehículos. Se reducen los costos elevados de construcción y mantenimiento de caminos de acarreo y se minimizan los costos de mano de obra asociados con la operación de los camiones de acarreo y el mantenimiento y el combustible de los camiones.

El propósito del sistema de trituración en tajo es principalmente permitir el transporte de mineral por transportador. Los sistemas de trituración en tajo pueden variar desde instalaciones permanentes hasta unidades completamente móviles. Sin embargo, más comúnmente, las trituradoras se construyen en forma modular para permitir cierta portabilidad dentro de la mina. Las trituradoras pueden reubicarse cada uno a diez años; puede requerir horas, días o meses para completar la mudanza según el tamaño y la complejidad de la unidad y la distancia de reubicación.

Las ventajas de los transportadores sobre los camiones de acarreo incluyen arranque instantáneo, operación automática y continua, y un alto grado de confiabilidad con una disponibilidad de hasta 90 a 95%. Por lo general, no se ven afectados por las inclemencias del tiempo. Los transportadores también tienen requisitos de mano de obra mucho más bajos en relación con los camiones de acarreo; operar y mantener una flota de camiones puede requerir diez veces más tripulantes que un sistema transportador de capacidad equivalente. Además, los transportadores pueden funcionar con pendientes de hasta un 30 %, mientras que las pendientes máximas para los camiones suelen ser del 10 %. El uso de pendientes más pronunciadas reduce la necesidad de eliminar material de sobrecarga de baja ley y puede reducir la necesidad de establecer caminos de transporte de alto costo. Los sistemas transportadores también están integrados en las palas de rueda de cangilones en muchas operaciones de carbón de superficie, lo que elimina la necesidad de camiones de transporte.

Métodos de minería de soluciones

La minería de solución, el más común de los dos tipos de minería acuosa, se emplea para extraer minerales solubles donde los métodos de minería convencionales son menos eficientes y/o menos económicos. Esta técnica, también conocida como lixiviación o lixiviación superficial, puede ser un método primario de minería, como en la minería de lixiviación de oro y plata, o puede complementar los pasos pirometalúrgicos convencionales de fundición y refinación, como en el caso de la lixiviación de minerales de óxido de cobre de baja ley. .

Aspectos ambientales de la minería a cielo abierto

Los efectos ambientales significativos de las minas a cielo abierto atraen la atención dondequiera que se encuentren las minas. La alteración del terreno, la destrucción de la vida vegetal y los efectos adversos sobre los animales autóctonos son consecuencias inevitables de la minería a cielo abierto. La contaminación de las aguas superficiales y subterráneas a menudo presenta problemas, particularmente con el uso de lixiviantes en la minería de solución y la escorrentía de la minería hidráulica.

Gracias a la mayor atención de los ambientalistas de todo el mundo y al uso de aviones y fotografías aéreas, las empresas mineras ya no tienen la libertad de “cavar y correr” cuando se ha completado la extracción del mineral deseado. Se han promulgado leyes y reglamentos en la mayoría de los países desarrollados y, a través de las actividades de las organizaciones internacionales, se están impulsando donde aún no existen. Establecen un programa de gestión ambiental como elemento integral de todo proyecto minero y estipulan requisitos tales como estudios preliminares de impacto ambiental; programas de rehabilitación progresiva, incluida la restauración de los contornos de la tierra, la reforestación, la reforestación de la fauna autóctona, la repoblación de la vida salvaje autóctona, etc.; así como auditorías de cumplimiento concurrentes ya largo plazo (UNEP 1991,UN 1992, Environmental Protection Agency (Australia) 1996, ICME 1996). Es esencial que estos sean más que declaraciones en la documentación requerida para las licencias gubernamentales necesarias. Los principios básicos deben ser aceptados y practicados por los gerentes en el campo y comunicados a los trabajadores en todos los niveles.

Independientemente de la necesidad o la ventaja económica, todos los métodos de solución superficial comparten dos características comunes: (1) el mineral se extrae de la manera habitual y luego se almacena; y (2) se aplica una solución acuosa a la parte superior de la reserva de mineral que reacciona químicamente con el metal de interés a partir del cual la solución de sal metálica resultante se canaliza a través de la pila de reserva para su recolección y procesamiento. La aplicación de la minería de solución superficial depende del volumen, la metalurgia de los minerales de interés y la roca huésped relacionada, y el área disponible y el drenaje para desarrollar vertederos de lixiviación suficientemente grandes para que la operación sea económicamente viable.

El desarrollo de vertederos de lixiviación en una mina a cielo abierto en la que la extracción de solución es el principal método de producción es el mismo que en todas las operaciones a cielo abierto, con la excepción de que el mineral se destina únicamente al vertedero y no a un molino. En minas con métodos de molienda y solución, el mineral se segrega en porciones molidas y lixiviadas. Por ejemplo, la mayor parte del mineral de sulfuro de cobre se muele y purifica hasta obtener cobre de calidad comercial mediante fundición y refinación. El mineral de óxido de cobre, que generalmente no es apto para el procesamiento pirometalúrgico, se envía a operaciones de lixiviación. Una vez que se desarrolla el vertedero, la solución lixivia el metal soluble de la roca circundante a una tasa predecible que está controlada por los parámetros de diseño del vertedero, la naturaleza y el volumen de la solución aplicada, y la concentración y mineralogía del metal en el vertedero. mineral. La solución utilizada para extraer el metal soluble se conoce como lixiviante. Los lixiviantes más comunes utilizados en este sector minero son soluciones diluidas de cianuro de sodio alcalino para oro, ácido sulfúrico ácido para cobre, dióxido de azufre acuoso para manganeso y ácido sulfúrico-sulfato férrico para minerales de uranio; sin embargo, la mayor parte del uranio lixiviado y las sales solubles se recolectan in situ minería en la que el lixiviante se inyecta directamente en el cuerpo del mineral sin extracción mecánica previa. Esta última técnica permite procesar minerales de baja ley sin extraer el mineral del depósito mineral.

Aspectos de salud y seguridad

Los riesgos para la salud y la seguridad en el trabajo asociados con la extracción mecánica del mineral en solución son esencialmente similares a los de las operaciones convencionales de minas a cielo abierto. Una excepción a esta generalización es la necesidad de que el mineral no lixiviable se someta a una trituración primaria en el tajo de la mina a cielo abierto antes de transportarlo a un molino para su procesamiento convencional, mientras que el mineral generalmente se transporta en camiones de acarreo directamente desde el sitio de extracción hasta el vertedero de lixiviación en Minería de soluciones. Por lo tanto, los trabajadores de la minería de soluciones estarían menos expuestos a los principales peligros de aplastamiento, como el polvo, el ruido y los peligros físicos.

Las principales causas de lesiones en entornos de minas a cielo abierto incluyen el manejo de materiales, resbalones y caídas, maquinaria, uso de herramientas manuales, transporte de energía y contacto con fuentes eléctricas. Sin embargo, una característica única de la minería de soluciones es la exposición potencial a los lixiviantes químicos durante el transporte, las actividades del campo de lixiviación y el procesamiento químico y electrolítico. Las exposiciones a la neblina ácida pueden ocurrir en las casas de tanques de electroobtención de metales. Los peligros de las radiaciones ionizantes, que aumentan proporcionalmente desde la extracción hasta la concentración, deben abordarse en la extracción de uranio.

Métodos de Minería Hidráulica

En la minería hidráulica, o "hidraulización", se utiliza rociado de agua a alta presión para excavar material poco consolidado o no consolidado en una lechada para su procesamiento. Los métodos hidráulicos se aplican principalmente a los depósitos de piedra de agregados y metal, aunque los relaves de molienda de carbón, arenisca y metal también son aptos para este método. La aplicación más común y más conocida es minería de placer en el que se lavan concentraciones de metales como oro, titanio, plata, estaño y tungsteno desde el interior de un depósito aluvial (placer). El suministro y la presión del agua, la pendiente de la pendiente del suelo para la escorrentía, la distancia desde el frente de la mina hasta las instalaciones de procesamiento, el grado de consolidación del material explotable y la disponibilidad de áreas de eliminación de desechos son todas consideraciones principales en el desarrollo de una operación minera hidráulica. Al igual que con otras actividades mineras de superficie, la aplicabilidad es específica de la ubicación. Las ventajas inherentes de este método de minería incluyen costos operativos relativamente bajos y la flexibilidad que resulta del uso de equipos simples, resistentes y móviles. Como resultado, muchas operaciones hidráulicas se desarrollan en áreas mineras remotas donde los requisitos de infraestructura no son una limitación.

A diferencia de otros tipos de minería a cielo abierto, las técnicas hidráulicas se basan en el agua como medio tanto para la extracción como para el transporte del material extraído ("descarga"). Los rociadores de agua a alta presión se envían mediante monitores o cañones de agua a un banco de placer o depósito mineral. Desintegran la grava y el material no consolidado, que se lava en las instalaciones de recolección y procesamiento. Las presiones del agua pueden variar desde un flujo de gravedad normal para materiales finos muy sueltos hasta miles de kilogramos por centímetro cuadrado para depósitos no consolidados. A veces se emplean excavadoras y niveladoras u otros equipos móviles de excavación para facilitar la extracción de materiales más compactados. Históricamente, y en las operaciones modernas a pequeña escala, la recolección de lodo o escorrentía se gestiona con cajas de esclusas y colectores de pequeño volumen. Las operaciones a escala comercial se basan en bombas, estanques de contención y sedimentación y equipos de separación que pueden procesar grandes volúmenes de lodo por hora. Dependiendo del tamaño del depósito a explotar, la operación de los monitores de agua puede ser manual, controlada a distancia o controlada por computadora.

Cuando la minería hidráulica ocurre bajo el agua, se denomina dragado. En este método, una estación de procesamiento flotante extrae depósitos sueltos como arcilla, limo, arena, grava y cualquier mineral asociado utilizando una línea de cangilones, una línea de arrastre y/o chorros de agua sumergidos. El material extraído se transporta hidráulica o mecánicamente a una estación de lavado que puede ser parte de la plataforma de dragado o separarse físicamente con pasos de procesamiento posteriores para segregar y completar el procesamiento. Si bien el dragado se usa para extraer minerales comerciales y agregados de piedra, es más conocido como una técnica que se usa para despejar y profundizar los canales de agua y las llanuras aluviales.

Salud y seguridad

Los peligros físicos en la minería hidráulica difieren de los de los métodos de minería de superficie. Debido a la aplicación mínima de actividades de perforación, explosivos, transporte y reducción, los peligros de seguridad tienden a estar asociados principalmente con sistemas de agua a alta presión, movimiento manual de equipos móviles, problemas de proximidad que involucran suministros de energía y agua, problemas de proximidad asociados con el colapso de la frente de mina y actividades de mantenimiento. Los riesgos para la salud implican principalmente la exposición al ruido y al polvo y los riesgos ergonómicos relacionados con el manejo del equipo. La exposición al polvo es generalmente un problema menor que en la minería de superficie tradicional debido al uso de agua como medio de extracción. Las actividades de mantenimiento, como la soldadura no controlada, también pueden contribuir a la exposición de los trabajadores.

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