Inicio » Artículos » Minería en superficie

Minería en superficie

Se ha estimado que más de dos tercios de la producción mineral anual del mundo se extrae mediante minería a cielo abierto. Hay varios tipos de minería a cielo abierto, pero los tres más comunes son la minería a cielo abierto, la minería a cielo abierto y la explotación de canteras. Estos difieren entre sí en las geometrías de la mina creadas, las técnicas utilizadas y los minerales producidos.

La minería a cielo abierto a menudo (pero no siempre) da como resultado la formación de un gran agujero o pozo en el proceso de extracción de un mineral. También puede resultar en la eliminación de una parte de la cima de una colina. En la minería a cielo abierto, una línea de arrastre, una pala grande o un tipo de excavadora similar descubre una franja de mineral larga y estrecha. Una vez que se ha eliminado el mineral, se descubre una franja adyacente y el material de desecho superpuesto se deposita en la excavación de la primera franja. Dado que la minería a cielo abierto se aplica principalmente a depósitos delgados y planos de carbón, no se trata aquí (ver minería del carbón).

Hay dos tipos de explotación de canteras. Existe la extracción de bloques de piedra ornamental de color, tamaño, forma y calidad específicos, una operación que requiere procedimientos de producción especiales y costosos. Además, el término explotación de canteras se ha aplicado a la recuperación de arena, grava y piedra triturada para la producción de base de carreteras, cemento, hormigón y macadán. Sin embargo, dado que las prácticas seguidas en estas operaciones son similares a las de las minas a cielo abierto, la discusión sobre la explotación de canteras aquí se limita a la excavación de piedra ornamental.

Minería a cielo abierto

Geometría del pozo

Los depósitos extraídos mediante técnicas a cielo abierto generalmente se dividen en capas horizontales llamadas bancos. El espesor (es decir, la altura) de los bancos depende del tipo de depósito, el mineral que se extrae y el equipo que se utiliza; para minas grandes, es del orden de 12 a 15 metros (alrededor de 40 a 50 pies). La minería generalmente se lleva a cabo en varios bancos a la vez. La parte superior de cada banco equivale a un nivel de trabajo, y el acceso a los diferentes niveles se realiza mediante un sistema de rampas. El ancho de una rampa depende del equipo que se utilice, pero los anchos típicos son de 20 a 40 metros (65 a 130 pies). La minería en un nuevo nivel se inicia extendiendo una rampa hacia abajo. Este corte inicial, o gota, se ensancha progresivamente para formar el nuevo fondo del pozo.

Las paredes de un pozo tienen una cierta pendiente determinada por la resistencia del macizo rocoso y otros factores. La estabilidad de estas paredes, e incluso de bancos individuales y grupos de bancos, es muy importante, especialmente a medida que el pozo se hace más profundo. Aumentar el ángulo de la pendiente del tajo solo unos pocos grados puede disminuir enormemente los costos de desmonte o aumentar los ingresos a través de una mayor recuperación de mineral, pero también puede resultar en una serie de fallas en la pendiente a pequeña o gran escala. Millones de toneladas de material pueden estar involucrados en tales deslizamientos. Por esta razón, las minas tienen programas continuos de estabilidad de taludes que involucran la recolección y análisis de datos estructurales, información hidrogeológica y prácticas operativas (voladuras, en particular), de modo que se puedan lograr los mejores diseños de taludes. No es inusual que cinco o más ángulos de pendiente diferentes estén involucrados en un gran pozo.

A medida que se profundiza un pozo, se deben eliminar más y más rocas estériles para descubrir el mineral. Finalmente, llega un punto en el que los ingresos del mineral expuesto son menores que los costos involucrados en su recuperación. Entonces cesa la minería. La relación entre la cantidad de roca estéril desmontada y el mineral extraído se denomina relación total de desmonte. La relación de equilibrio de desmonte es una función del valor del mineral y los costos involucrados.

Reservas de mineral

El primer paso en la evaluación y diseño de una mina a cielo abierto es la determinación de reservas. Como se explicó anteriormente, la información sobre el depósito se recolecta a través de la perforación de sondas. Las ubicaciones de los pozos se trazan en un mapa en planta y las secciones tomadas a través de los pozos dan una buena idea de la extensión vertical del yacimiento. De estas secciones verticales se seleccionan las ubicaciones tentativas de los bancos. Sin embargo, dado que el depósito se va a extraer en bancos horizontales, también es conveniente calcular la reserva de mineral en secciones horizontales, con el espesor de cada sección igual a la altura de un banco. Estas secciones horizontales se dividen a lo largo de líneas de coordenadas en una serie de bloques, con las dimensiones en planta (es decir, la longitud y el ancho) de cada bloque generalmente de una a tres veces la altura del banco. Una vez que se ha determinado la ley de cada bloque, los bloques se ensamblan en una representación de modelo de bloques del cuerpo mineralizado. (Este modelo debe ser significativamente más grande que la reserva de mineral real para incluir el eventual pozo que se debe cavar para exponer el cuerpo mineralizado).

Luego se aplican factores económicos como los costos y los ingresos esperados, que varían según la ley y la ubicación del bloque; el resultado es un modelo de bloque económico. Algunos de los bloques del modelo eventualmente caerán dentro del pozo, pero otros quedarán afuera. De las diversas técnicas para determinar cuál de los bloques debe incluirse en el pozo final, la más común es la técnica del cono flotante. En dos dimensiones, la remoción de un bloque de mineral dado también requeriría la remoción de un conjunto de bloques superpuestos. Todos ellos estarían incluidos en un triángulo invertido con sus lados correspondientes al ángulo de la pendiente, su base apoyada en la superficie y su vértice ubicado en el bloque de mineral considerado. En un caso tridimensional real, este triángulo sería un cono. El valor económico del bloque de mineral en el vértice del cono se compararía con el costo total de remover todos los bloques incluidos en el cono. Si el valor neto resultara positivo, entonces se extraería el cono. Esta técnica se aplicaría a todos los bloques que componen el modelo de bloques, y al final de este proceso se obtendría un contorno final del tajo.

Operaciones unitarias

Las operaciones a cielo abierto más grandes pueden mover casi un millón de toneladas de material (tanto mineral como desechos) por día. En operaciones más pequeñas, la tasa puede ser de solo un par de miles de toneladas por día. En la mayoría de estas minas hay cuatro operaciones unitarias: perforación, voladura, carga y acarreo.

En las grandes minas, los taladros rotativos se utilizan para perforar orificios con diámetros que oscilan entre 150 y 450 mm (alrededor de 6 a 18 pulgadas). La broca, compuesta por tres conos que contienen bordes cortantes de acero o carburo de tungsteno, se hace girar contra el fondo del pozo bajo una carga pesada, rompiendo la roca por compresión y cizallamiento. Un compresor de aire en la máquina perforadora impulsa el aire hacia el centro de la sarta de perforación para eliminar los recortes. En pozos más pequeños, los agujeros se perforan a menudo con máquinas de percusión neumáticas o hidráulicas. Estos equipos pueden estar montados en camión o sobre orugas. Los diámetros de los orificios suelen estar en el rango de 75 a 120 mm (aproximadamente de 3 a 5 pulgadas).

Los pozos se perforan en patrones especiales para que la voladura produzca los tipos de fragmentación deseados para las operaciones posteriores de carga, transporte y trituración. Estos patrones se definen por la carga (la distancia más corta entre el orificio y la cara expuesta del banco) y el espacio entre los orificios. Generalmente, la carga es de 25 a 35 veces el diámetro del barreno, dependiendo del tipo de roca y explosivo que se utilice, y el espaciado es igual a la carga.

Se utilizan varios explosivos, pero la mayoría se basan en una suspensión de nitrato de amonio y fueloil (ANFO), que se transporta en camiones cisterna y se bombea a los pozos. Cuando se llena con ANFO, un pozo de explosión de 400 mm (aproximadamente 16 pulgadas) de diámetro y 7.5 metros (aproximadamente 25 pies) de profundidad puede desarrollar aproximadamente mil millones de caballos de fuerza. Incumbe a los involucrados en la perforación y voladura convertir este poder en un útil trabajo de fragmentación. Para lograr la fragmentación adecuada, generalmente se dispara una serie de barrenos en una secuencia cuidadosamente controlada.

El objeto de la voladura es fragmentar la roca y luego desplazarla en una pila que facilitará su carga y transporte. En los grandes pozos abiertos, los principales implementos de carga son palas eléctricas, diesel-eléctricas o hidráulicas, mientras que para el transporte se utilizan camiones eléctricos o mecánicos. El tamaño de las palas se especifica generalmente por tamaño del balde o balde; los de uso común tienen capacidades de balde que van desde 15 a 50 metros cúbicos (20 a 65 yardas cúbicas). Esto significa que se pueden excavar de 30 a 100 toneladas de un solo “bocado” de la pala. El tamaño de los camiones coincide con el de la pala, una regla práctica común es que el camión debe llenarse en cuatro a seis movimientos de la pala. Por lo tanto, para una pala de 15 metros cúbicos de capacidad, debe asignarse un camión con una capacidad de 120 a 180 toneladas (cuatro a seis columpios). Los camiones más grandes tienen capacidades de más de 350 toneladas (alrededor de 12 oscilaciones) y están equipados con motores que producen más de 3500 caballos de fuerza; los diámetros de sus neumáticos suelen ser de más de 3 metros (10 pies). Debido a su gran movilidad, los cargadores de ruedas de gran capacidad (cargadores frontales) también se utilizan en minas a cielo abierto.

A medida que los pozos se hicieron más profundos, los pozos más profundos del mundo superan los 800 metros (2.600 pies), los modos alternativos de transporte de mineral roto y roca estéril se hicieron más comunes. Uno de ellos es el transportador de cinta, pero en general este método requiere la trituración en el pozo del material extraído antes del transporte. Para la mayoría de los materiales es posible un ángulo máximo de 18 °. Para transportar directamente a los lados de las paredes del pozo, se están desarrollando técnicas especiales de transporte.

Después de la carga, la roca estéril se transporta a vertederos especiales, mientras que el mineral generalmente se transporta a una planta de procesamiento de minerales para su posterior tratamiento. (En algunos casos, el mineral es de calidad suficientemente alta para el envío directo sin procesamiento intermedio). En algunas operaciones, se crean vertederos separados para los distintos grados de material sub-mineral, y estos vertederos se pueden volver a extraer posteriormente y procesar en el molino. Ciertos vertederos pueden tratarse con diversas soluciones para extraer los metales contenidos (un proceso conocido como lixiviación en pilas o lixiviación en vertederos).

Extracción

Aunque rara vez se utiliza para formar estructuras completas, la piedra es muy valorada por su atractivo estético, durabilidad y facilidad de mantenimiento. Los tipos más populares incluyen granito, piedra caliza, arenisca, mármol, pizarra, gneis y serpentina. Toda la piedra natural utilizada para soporte estructural, muros cortina, enchapado, baldosas, techos o con fines estrictamente ornamentales se llama piedra de construcción, y la piedra de construcción que ha sido cortada y acabada para usos predeterminados en la construcción de edificios y monumentos se conoce como piedra de dimensión. Las características requeridas de una piedra de buenas dimensiones son uniformidad de textura y color, ausencia de defectos, aptitud para pulir y tallar y resistencia a la intemperie. Esta sección describe la extracción de piedra dimensional.

Geometría del pozo Aunque la extracción también se realiza bajo tierra, utilizando técnicas de habitación y pilar, la mayoría de las canteras implican la eliminación de bloques de las laderas o de un tipo de geometría a cielo abierto. El primer paso para desarrollar una cantera de este tipo es la eliminación de la cubierta vegetal de árboles y maleza. A continuación, la sobrecarga de la capa superior del suelo y el subsuelo se retira y se apila para una futura recuperación. La roca se extrae en una serie de bancos o rodajas que corresponden al espesor de los bloques deseados. Esto suele ser del orden de 4,5 a 6 metros (alrededor de 15 a 20 pies), pero, dado que es una práctica real de la cantera aprovechar las juntas horizontales naturales, el grosor del bloque puede variar.

El proceso de extracción consiste en separar grandes bloques, a veces llamados panes, de la roca circundante. Estos bloques pueden tener 6 metros de alto por 6 metros de profundidad y de 12 a 18 metros (alrededor de 40 a 60 pies) de largo, y pueden pesar en el rango de 1.200 a 2.000 toneladas. (Estos bloques grandes se dividen posteriormente en bloques de molino que pesan entre 15 y 70 toneladas). La extracción de bloques de la cantera se ha realizado tradicionalmente mediante una o más torres de perforación fijas. Como resultado, el área en planta de una cantera se ha determinado no solo por la geometría del depósito y la cantidad de sobrecarga, sino también por el alcance de la pluma de la torre de perforación. Sin embargo, las torres de perforación están siendo reemplazadas gradualmente por cargadores frontales altamente móviles de capacidad suficiente para mover, levantar y transportar bloques de molinos de 30 toneladas, y la disposición, diseño y procedimientos operativos de las canteras se están modificando en consecuencia.

Existe un factor de desperdicio muy alto en la extracción de piedra de dimensión. Para algunas canteras, la cantidad de piedra utilizable es solo del 15 al 20 por ciento de la extraída. Por esta razón, un aspecto importante de la planificación de la cantera es la ubicación de la pila de desechos o “lechada”.

Operaciones unitarias Existen varias técnicas para separar una masa de piedra de la masa madre. Durante muchos años, la técnica principal fue la sierra de hilo, que consiste en un alambre de acero helicoidal de uno, dos o tres hilos de aproximadamente 6 mm (0,2 pulgadas) de diámetro en el que se introduce arena, óxido de aluminio, carburo de silicio u otro abrasivo. se alimenta en una lechada de agua. A medida que se tira del cable a través de la superficie, se desgasta una ranura o canal en la piedra. Aunque el alambre no hace el corte por sí mismo (esto lo hace el abrasivo), se desgasta en el proceso de modo que el ancho del corte disminuye continuamente. Si el alambre se rompe antes de completar un corte, será muy difícil comenzar de nuevo; por lo tanto, el alambre debe ser lo suficientemente largo para completar el corte. En la extracción de granito, una regla general es que se utilizan aproximadamente 27 metros (aproximadamente 89 pies) de alambre por cada metro cuadrado de piedra que se corta (8 pies de alambre por pie cuadrado). Por lo tanto, completar un corte de 6 metros de alto por 9 metros (30 pies) de largo requiere aproximadamente 1,450 metros (aproximadamente 4,800 pies) de alambre; de hecho, una configuración típica de una sierra de alambre puede requerir de 3 a 5 km (2 a 3 millas) de alambre accionado por un motor eléctrico o diésel y dirigido alrededor de la cantera mediante un sistema de roldanas. Un solo alambre puede hacer varios cortes a la vez mediante la dirección adecuada de la polea.

La ventaja del aserrado con alambre es que produce un corte suave que minimiza el procesamiento posterior y no daña la roca adyacente. Sin embargo, la técnica ha sido reemplazada en gran medida por otras. En rocas duras como el granito que tienen un contenido significativo de cuarzo, los canales pueden cortarse con quemadores de chorro manuales o automáticos. Una mezcla presurizada de fueloil y aire o de fueloil y oxígeno se quema en una cámara de combustión similar a un motor de cohete en miniatura, produciendo una llama de alta temperatura y alta velocidad. Se puede formar un canal de 75 a 150 mm (3 a 6 pulgadas) de ancho y hasta 6 metros de profundidad.

Otra técnica para cortar ranuras implica perforar una serie de orificios paralelos largos, utilizando taladros de percusión accionados neumática o hidráulicamente. En la perforación en línea, primero se pueden perforar orificios piloto muy espaciados y luego se puede eliminar el material intermedio mediante un escariado con una broca de mayor diámetro. También se encuentran disponibles otros arreglos con guías especiales. En el caso de rocas más blandas y menos abrasivas, la red de roca restante entre los orificios puede simplemente cortarse o perforarse.

La roca entre orificios menos espaciados (de 125 a 250 mm [alrededor de 5 a 10 pulgadas] de distancia) se puede romper en lugar de quitar. Una técnica para hacer esto implica el uso de explosivos especiales para ejercer una alta presión de gas contra las paredes del agujero y, por lo tanto, producir una grieta a lo largo de la línea de tiro. Una técnica mecánica para lograr esto es el uso de plumas y cuñas. Las plumas son dos piezas semicirculares de acero que se insertan en todos los orificios que forman un lado del bloque. El trabajador de la cantera trabaja en la fila, insertando una cuña entre cada par de plumas y luego golpeando las cuñas con un mazo. Esto fuerza la presión de la cuña a las plumas de modo que eventualmente se forma una línea de grieta. Este procedimiento se sigue comúnmente para formar la parte inferior de un bloque y para dividir bloques grandes en bloques más pequeños. En este último caso, se requiere una línea de orificios de pequeño diámetro de solo unos pocos centímetros de profundidad. Además, también se han utilizado lechadas de cemento especiales que se expanden durante el curado, así como técnicas especiales de presurización hidráulica.

Un desarrollo relativamente nuevo es la sierra de hilo de diamante. Consiste en un cable portador de acero de 6 mm sobre el que se fijan alternativamente perlas impregnadas de diamante y espaciadores de plástico moldeados por inyección. Los espaciadores de plástico protegen el cable contra la abrasión de la roca y también mantienen los segmentos de diamante en el cable. El agua relativamente limpia sirve tanto como medio de lavado como para enfriar el cable. El inicio de un corte requiere dos perforaciones de 40 a 90 mm (1,6 a 3,5 pulgadas) de diámetro. Se perfora un orificio desde la esquina superior del bloque y el otro se perfora horizontalmente a lo largo de la parte inferior para intersecar el orificio vertical. El cable se ensarta a través de los orificios y un mecanismo de accionamiento suministra la energía para mover el cable y aplicar la tensión adecuada. El corte del hilo de diamante es muy estrecho (lo que reduce el desperdicio) y no produce grietas ni fisuras en la piedra. Además, una vez configurada la sierra, no se requiere un operador.

Las sierras de cadena grandes, similares a las que se usan para cortar árboles pero equipadas con cortadores de carburo de tungsteno o con punta de diamante, son aplicables a mármoles, calizas, travertinos, lutitas como la pizarra y algunos tipos de arenisca. La cadena, formada por eslabones extraíbles que llevan los portaherramientas, se mueve en un canal con paredes y fondo reemplazables. La máquina se autopropulsa a través de un mecanismo de piñón y cremallera a lo largo de las secciones de riel modulares.

Los canales se pueden cortar en la piedra mediante chorros de agua a alta presión con o sin la adición de una sustancia abrasiva. El agua se fuerza a través de una boquilla de diámetro pequeño a una velocidad extremadamente alta, creando nuevas grietas y penetrando pequeñas grietas naturales. En el proceso, se cortan capas delgadas de roca. Las ventajas de la canalización por chorro de agua son que corta canales estrechos y rectos con muy poco ruido y que no daña la superficie de la pared.

Comentarios

comments

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Scroll to Top