Diseño de Labores Horizontales y Verticales PDF

Capítulo 5 DISEÑO DE LABORES HORIZONTALES Y VERTICALES OBJETIVOS DEL TEMA  Comprender los pasos básicos a seguir en el diseño de la infraestructura.  Comprender la influencia en el diseño de la garantía de seguridad.  Entender como...

Capítulo 5 DISEÑO DE LABORES HORIZONTALES Y VERTICALES OBJETIVOS DEL TEMA  Comprender los pasos básicos a seguir en el diseño de la infraestructura.  Comprender la influencia en el diseño de la garantía de seguridad.  Entender como se distribuyen en el diseño los elementos de infraestructura.  Comprender como se enfoca el criterio general de avance en la construcción de infraestructura.  Conocer los métodos convencionales de perforación de labores verticales.  Conocer el sistema Alimak.  Conocer el sistema Raise Boring.  Conocer los criterios de cálculo. 1. LABORES HORIZONTALES (GALERÍAS, TRANSVERSALES, GUÍAS Y OTRAS LABORES HORIZONTALES) El diseño de la infraestructura se inicia determinando la sección de la galería, transversal, rampa o plano inclinado. Los hastiales estarán distanciados lo mínimo necesario para el paso seguro de los equipos de mayor tamaño, previendo espacio suficiente o adicional para las vías y el balasto, la cuneta, las conducciones eléctricas, de agua, de aire comprimido y la tubería de ventilación. Además debe haber espacio suficiente para el paso de los trabajadores. Muchas de estas dimensiones se especifican en la Reglamentación vigente del lugar. Recientemente la sección de estas labores de infraestructura se ha ido incrementando debido al cada vez mayor tamaño de los equipos utilizados. En grandes minas se nota una tendencia a sustituir los camiones de interior articulados de descarga horizontal (tipo Wagner) y de velocidad lenta por camiones volquete de tipo estándar de exterior para carretera reforzados y de alta velocidad, así como las LHD por palas cargadoras frontales con gran éxito. Al cabo de 2 ó 3 años estos equipos se venden en el mercado segundario y se renuevan para la mina. El coste de inversión resulta  DISEÑO DE EXPLOTACIONES E INFRAESTRUCTURAS MINERAS SUBTERRÁNEAS CAPÍTULO 5 Pág.: 55 UPM ETSIMM DISEÑO DE LABORES HORIZONTALES Y VERTICALES muy inferior. de interior se realiza por ferrocarril de ancho de vía de superficie o con grandes camiones La tubería de ventilación y los conductos de insumos de neumáticos. se llevan por el lado de la cuneta, para ahorrar espacio y librarlos de golpes y choques. Se utilizan dos sistemas para la realización de estas labores: 1) perforación y voladura, y 2) sistemas mecánicos mediante minadores continuos y tuneladoras (Tunel Boring Machine, TBM). El método de perforación y voladura es el más común, se puede realizar con personal propio, es mucho flexible y es poco sensible a los cambios de litología. La sección de una labor se puede cambiar en la siguiente perforación o gradualmente de acuerdo con las necesidades de intersecciones y cruces de galerías y el explosivo sigue siendo el instrumento de excavación más eficiente desde el punto de vista del coste y de la utilización eficiente de la energía. La ventaja de las tuneladoras y de los minadores continuos es que dejan los paramentos de las galerías y en particular el techo en mucho mejores condiciones que el explosivo. Sin embargo en cuencas carboníferas las tuneladoras pueden propiciar incendios en las capas de carbón que atraviesan debido al intenso calor que generan en el frente de corte. El método de perforación y voladura se realiza con los equipos habituales de la mina y en cambio la instalación de una tuneladora es muy costosa y difícil de operar. Esquema de perforación para galerías de pequeña sección: 8,40 m2 Ahora bien, cuando se trata de hacer la preparación de una mina nueva que exige la realización de muchas labores en estéril y al mismo tiempo labores preparatorias en mineral, es habitual contratar las labores en estéril con contratistas especializados, y realizar las labores en mineral con personal propio ya que se trata de labores productivas, que además coge la experiencia adecuada al tipo específico de yacimiento en cuestión. Las galerías pueden dividirse en tres tipos de acuerdo con J.D. Jacobs según su tamaño: 2 1. Pequeñas: menores de 9 m de sección. Las menores no pueden ser inferiores a 2 m de ancho y 2,5 m de alto; si fuesen menores la circulación de personas y equipos se hace difícil, y no se pueden usar equipos mecánicos. 2 2. Medias: entre 9 y 24 m de sección. Este rango de tamaño cubre las necesidades de la mayor parte de las minas de interior. Esquema de perforación para galerías de sección 3. Grandes: entre 24 y 40 m2 de sección. Estas media: 16,06 m2 secciones se requieren cuando el transporte  DISEÑO DE EXPLOTACIONES E INFRAESTRUCTURAS MINERAS SUBTERRÁNEAS CAPÍTULO 5 Pág.: 56 UPM ETSIMM DISEÑO DE LABORES HORIZONTALES Y VERTICALES 2. LABORES VERTICALES (CHIMENEAS, PIQUERAS Y DEMÁS LABORES VERTICALES) 2.1. MÉTODOS CONVENCIONALES El uso de métodos convencionales para la realización de labores verticales ha descendido en los últimos años pero todavía se usan profusamente en minería subterránea, sobre todo en chimeneas cortas, menores de 25 a 30 m. Para alturas superiores la tendencia es a utilizar sondeos de gran diámetro. Las labores verticales se emplean para el paso de hombres, de equipos y suministros, para la bajada de mineral o de estériles y rellenos y para ventilación. En el método convencional, el tipo de andamiaje o sostenimiento utilizado depende de la sección y pendiente de la chimenea. Si la pendiente es menor de 40º se necesita poca madera para la protección de Esquema de perforación para galerías de sección grande: 33,25 m2 las personas aunque el uso de mampostas horizontales ayuda a desplazarse y a apoyar las columnas de los martillos perforadores. En chimeneas verticales o muy pendientes se requiere un andamiaje adecuado incluso cuando la roca se sostiene muy bien. Las mampostas se cortan a la distancia entre La perforación y voladura se hacen con los medios hastiales y se calzan con cuñas, mediante el hacho o habituales que se explican en otra parte del laboreo de maza. minas. A título de ejemplo se muestra a continuación tres esquemas de perforación para cada una de las La forma más simple de poner la madera es en una categorías definidas: fila en cada extremo de los hastiales. El forro de tabla horizontal sirve de plataforma para apoyar la columna El desescombro (mucking) después de la voladura se del martillo perforador y se mueve después de cada realiza con medios mecánicos. La pala de mano solo disparo. Un método similar consiste, en vez de utilizar se emplea en pequeñas operaciones tales como mampostas, en perforar sendos barrenos cortos en los desescombro de cunetas o en situaciones en las que extremos opuestos de los dos hastiales, introduciendo no es posible el acceso de medios mecánicos. En el en los cuatro barrenos un trozo de barrena gastada diseño y planificación de una excavación subterránea previamente cortada y se ponen dos tubos de tubería es importante escoger la pala adecuada, siempre la metálica encajados en los trozos de barrena; las mayor posible, que pueda trabajar en un área tablas de la plataforma se colocan sobre ellos. determinada con el espacio suficiente. El camión de transporte debe ser el adecuado a la cargadora en La chimenea de dos compartimentos se sube con dimensiones y en capacidad de carga. Si la cargadora andamiaje de mampostas o fortificación del usada fuese una LHD cumplirá también la función de compartimento de la escala. Las mampostas se transporte. Para evitar el polvo se riega con agua y se colocan a pares a intervalos de 1m o más, una en un lleva la tubería de ventilación al frente. hastial de la chimenea y la otra hacia el medio. El A medida que la galería va desarrollándose se fortifica hueco entre mampostas se forra con tabla para en los tramos en que sea necesario mediante los separar el paso de hombre del hueco de paso de sistemas habituales: bulonado, cuadros metálicos, escombro. Se dejan plataformas y la escala se pone gunitado, cementado, etc. alternada par mayor seguridad. Se hacen recortes o nichos en el paso de hombre para almacenar Asímismo se estimarán los costes de ejecución. suministros. El hueco de paso de escombro está lleno y solo se extrae por la parte inferior lo necesario para dejar espacio arriba suficiente para trabajar. En este  DISEÑO DE EXPLOTACIONES E INFRAESTRUCTURAS MINERAS SUBTERRÁNEAS CAPÍTULO 5 Pág.: 57 UPM ETSIMM DISEÑO DE LABORES HORIZONTALES Y VERTICALES sentido funciona como el método de cámaras Este tipo de labor vertical puede extenderse a tres almacén. compartimentos de modo que el central es para paso de hombre y los laterales para desescombro. La figura siguiente muestra una chimenea con el compartimento de personal fortificado, en el que se coloca un techo de tabla en el paso de hombre para el disparo de la pega. Este tipo de chimenea se realiza cuando el terreno necesita sostenimiento y hay que 2.2. SISTEMA ALIMAK mantener expedita la comunicación entre labores. Después de ventilar los humos del disparo, los mineros suben y van quitando tabla por tabla del techo El sistema Alimak es un método semi-mecanizado de del compartimento de subida echando el escombro ascensión de chimeneas que ha tenido éxito para roca volado de cada tabla al compartimento del escombro y dura y chimeneas largas. La inversión en equipos es a continuación se prepara la siguiente perforación. elevada aunque pueden ser reutilizados numerosas veces. La figura siguiente muestra un sistema Alimak. Alimak en operación 2.3. MÉTODO MECANIZADO POR “RAISE BORING” Los sistemas más modernos para desarrollar labores verticales utilizan técnicas de sondeo. La sonda deja secciones circulares con buenos paramentos muy aptas para la eficiencia del paso del escombro y para ala ventilación por su baja resistencia. Las labores realizadas por es método pueden tener pendientes de hasta 30º con la vertical, diámetros de hasta 2m y longitudes de casi 300m. La máquina realiza en primer lugar un sondeo de 225 a 250 mm de diámetro y a continuación se realiza la sección definitiva en ascendente. Con grandes máquinas de este tipo se realizan pozos de extracción. Chimenea de dos compartimentos en ejecución  DISEÑO DE EXPLOTACIONES E INFRAESTRUCTURAS MINERAS SUBTERRÁNEAS CAPÍTULO 5 Pág.: 58 UPM ETSIMM DISEÑO DE LABORES HORIZONTALES Y VERTICALES  DISEÑO DE EXPLOTACIONES E INFRAESTRUCTURAS MINERAS SUBTERRÁNEAS CAPÍTULO 5 Pág.: 59 UPM ETSIMM DISEÑO DE LABORES HORIZONTALES Y VERTICALES Realización de chimeneas por sondeos Las labores para paso de mineral pueden ser bloques encajan entre ellos produciendo un efecto verticales, aunque muchos operadores mineros las arco mientras que minerales con muchos finos forman prefieren de 70º o más aunque no del todo verticales. cuelgues por cohesión de los finos. Los cuelgues de Las chimeneas verticales trabajan llenas de escombro gruesos se producen en pendientes mayores de 60º, a modo de cámara almacén y las inclinadas a 55º mientras que los de finos se evitan en pendientes casi trabajan vacías. Por debajo de 50º el mineral no verticales. Un buen compromiso es acudir a correrá adecuadamente. pendientes de unos 70º para evitar ambos tipos de cuelgues. La razón de la disparidad de criterio radica en el tipo de cuelgues que se producen en los conductos La sección de los conductos verticales de mineral se verticales. Los minerales con pocos finos y trozos suele definir basándose en la experiencia de la mina. gruesos tienden a producir cuelgues porque los En un nuevo proyecto se acude a lo que hacen otras  DISEÑO DE EXPLOTACIONES E INFRAESTRUCTURAS MINERAS SUBTERRÁNEAS CAPÍTULO 5 Pág.: 60 UPM ETSIMM DISEÑO DE LABORES HORIZONTALES Y VERTICALES minas similares si existen o a métodos empíricos. Un método empírico es el checoslovaco: La dimensión de la chimenea de paso de mineral se obtiene con las siguientes fórmulas Sección cuadrada de lado L: L  4,6 d 2 k Sección rectangular de lado mayor W: W  4,6 d 2 k Sección circular de diámetro D: D  5,2 d 2 k dónde d = mayor dimensión del tamaño máximo en el conducto k = una constante de un ábaco que para voladuras típicas de rocas en minas toma los siguientes valores: k = 0.6 para un contenido de finos igual a 0% k = 1,0 para un contenido de finos igual a 5% k = 1,4 para un contenido de finos igual a 10% Se consideran finos todos aquellos materiales menores de 200 mallas. Ejemplo: Hallar la sección de una chimenea para el mineral que pasa por una rejilla con paso de 400 x 450 mm y con un contenido en finos del 2,5%. Solución: L = 4,6 0,450 2 ·0,8 = 1,85 m En este caso valdrá una chimenea de 1,80 x 1,80 m.