MX2011005722A - Mineria continua. - Google Patents

Abstract

Método para la extracción continua de mineral en faenas subterráneas, destinado a la producción permanente de extracción desde los puntos o zanjas de explotación. Comprende construir galerías de explotación de tamaño reducido, en que por el centro definido por un grupo de galerías atraviesa una calle destinada al transporte de mineral, dicha calle atravesando sucesivamente todos los grupos de galerías definidos en el frente de explotación; dichos puntos de extracción se disponen de modo de configurar una malla regular a distancias determinadas compatibles con un flujo gravitacional interactivo; una vez que dichas galerías, zanjas y calles de transporte se encuentran construidas se procede a efectuar las etapas de preacondicionamiento, hundimiento y extracción.

Description

MINERIA CONTINUA MEMORIA DESCRIPTIVA La presente solicitud de patente de invención está orientada a un método de explotación de minería subterránea que hace posible la extracción del mineral bajo un concepto continuo. Específicamente, se dirige a un método de minería donde se contempla el pre-acondicionamiento de la roca, como una forma de preparar la roca para facilitar su respuesta a la hundibilidad y a la fragmentación y luego a un sistema de manejo de minerales cuyas características principales son, la extracción simultánea desde varios puntos de extracción y el transporte con equipos estacionario hacia los sistemas de transporte principal. Todos estos procesos se realizan en una operación continua.

ARTE PREVIO El proceso minero en general comprende dos fases fundamentales: el fracturamiento de la roca y su posterior transporte. El primero tiene la función de transformar el material sólido - que es el estado natural de los yacimientos - en material fragmentado, y el segundo, cumple la función de trasladar dichos fragmentos hasta su destino final.

En la explotación por hundimiento, el arranque es en sí un proceso continuo de fracturamiento y fragmentación que aprovecha las fuerzas naturales de gravedad y tectonismo regional para cumplir su cometido. Este proceso ocurre naturalmente como consecuencia del desequilibrio producido por la extracción de los fragmentos producidos, esto es, cada vez se extrae una cantidad de mineral fragmentado, se crea una condición de inestabilidad que produce más fracturamiento y fragmentación, o sea, más arranque.

Sin embargo en el sistema convencional de explotación por hundimiento, el transporte, que comprende la extracción (carguío) del mineral que está disponible en los puntos y su traslado a destino, se realiza en forma discreta e intermitente. Discreta porque la extracción no se hace simultáneamente desde todos los puntos en que hay mineral disponible, sino que solo desde una fracción de ellos; e intermitente porque ésta se realiza con cargadores frontales que operan en un ciclo que comprende: carga, viaje a descargar, descarga y viaje de retorno a cargar otra baldada. Usualmente esa baldada de mineral extraído en forma discreta e intermitente, se descarga a piques- que cumplen la función de silos acumuladores- desde donde será cargado nuevamente en forma intermitente a vagones de ferrocarril o tolvas de camión para su traslado a superficie.

Entonces, el proceso de transporte discreto e intermitente, le da ese carácter a todo el proceso porque el arranque es dependiente del transporte. En consecuencia para conseguir un nuevo proceso enteramente continuo se requiere hacer que el transporte sea continuo.

El concepto de "Minería Continua", comprende una etapa de modificación de las características del macizo rocoso en que se emplaza el yacimiento, denominada Pre-Acondicionamiento. En esta etapa se aumenta el grado de fracturación in situ del macizo, para que en la etapa siguiente, de hundimiento, se obtenga un material fragmentado en tamaños compatibles con sistemas de manejo de materiales continuos y automáticos. Otro aspecto importante de la aplicación de Pre-Acondicionamiento es el de asegurar que el quiebre del macizo evolucionará en forma constante y a la misma velocidad que se hace el proceso de extracción.

Es sabido que para seleccionar un método de explotación, se analizan la localización del depósito (superficial o profunda), la geometría del yacimiento (mantos, vetas, masivos) y las calidades de roca mineralizada y encajadora, y según las diversas combinaciones de dichos elementos se conocen distintas soluciones adecuadas para cada caso. Por otra parte en los últimos cien años, los sistemas de explotación, exceptuando a la minería del carbón, han adaptado los diseños mineros para incorporar el uso de avanzados equipos se debe principalmente a que en la industria de la construcción de obras civiles, el factor productividad es determinante para la supervivencia en el negocio.

Se ve entonces nítidamente que el concepto propuesto de Minería Continua, rompe ambos paradigmas. El primero porque ya no es el proceso el que se adapta a las condiciones de roca, sino mas bien, la calidad de roca in situ se modifica para adaptarla a un proceso eficaz de arranque y extracción; y el segundo, porque ya no utilizan los equipos de la industria de la construcción, sino que el método demanda equipos especialmente diseñados para él La Minería Continua está concebida como un proceso, altamente mecanizado y automatizado que permite aprovechar al máximo los recursos invertidos en equipamiento e infraestructura. La idea es que la mina opere entre 18 a 22 horas por día, los 360 días del año, a plena capacidad y en un ambiente que permita altos estándares de higiene y seguridad.

El método de Minería Continua es más bien un proceso minero de flujo continuo y permanente de mineral desde la mina hacia la planta de tratamiento, lo que es equivalente a ver la explotación de minas como una "fábrica de piedras", en la que por un extremo ingresan reservas in situ y por el otro extremo se obtienen "piedras tratada".

El método se refiere principalmente a la continuidad en el flujo de mineral desde su posición natural hasta su destino final, el que puede describirse como un "chorro" de mineral que pasa por una red de conductos o medios de transporte sin interrupciones. A su vez, y como consecuencia de la continuidad en el flujo, las detenciones del proceso de cambio de turno pierden sentido, por lo que también la Minería Continua tiene un significado de continuidad temporal en el uso de las instalaciones.

Si bien se ha utilizado de alguna forma la denominación de minería continua, esto se ha debido principalmente a la utilización de grandes equipos en el frente de ataque. Básicamente son equipos con perforadoras rotatorias que van debilitando y fragmentando el macizo pero que posteriormente deben ser intervenidos con equipos de carga para poder llevar el mineral hasta la planta de tratamiento.

Además, es posible observar algunos desarrollos tendientes a mejorar la explotación de los macizos rocosos. Así por ejemplo, la patente RU2186980 describe un método que incluye la explotación de las caras del frente como una fragmentación continua de mineral sin pilares mediante la conducción de las perforadoras en los niveles de trabajo. Sin embargo, no se menciona la forma en que el mineral es extraído desde la zona de explotación ni menos si esto es efectuado en forma continua. Soluciones similares son posibles de observar en las publicaciones de patentes RU2182663 y RU 2148712 en que términos generales, se da cuenta de que el hundimiento en sí es un proceso continuo, pero que si a esto no se le suma el proceso continuo de extracción y carguío, igual se estará frente a un método intermitente o discontinuo, lo cual es precisamente lo que viene en solucionar la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION El método de la presente invención comprende el diseño y construcción de galerías de explotación ó puntos de extracción configurados de tal forma que el material que es extraído desde ellos se dirija hasta las calles de transporte de mineral. En estricto rigor la construcción de las galerías considera que las calles de transporte atraviesan por centro de dos grupos de galerías y así sucesivamente hasta atravesar por todos los grupos de galerías definidos para la explotación. En forma opcional, paralelas a las calles de transporte deben ser construidas calles de servicios para el frente de explotación, las cuales tienen por finalidad permitir al recurso humano hasta la zona de las galerías y calles de servicios cuando las labores de mantención o eventualmente fallas lo requieran.

En las galerías de explotación se configuran las zanjas o puntos de extracción desde donde, por efecto de la fragmentación del mineral según se indicará más adelante, se descuelga el macizo rocoso y así continuamente provocar el hundimiento del mineral. Los puntos de extracción deben ser construidos de manera que se configure una malla regular a distancias determinadas, compatibles con el flujo gravitacional interactivo. Cuando las zanjas ya se encuentren construidas se procede a instalar en las mismas el equipamiento necesario para producir la extracción del mineral. De la misma forma, en las calles de transporte se disponen de los medios necesarios para que el material que se va extrayendo desde las zanjas fluya permanentemente por las calles de transportes. Para tal efecto, las calles de transporte cuentan por ejemplo con transportadores de cadenas o correas, sin fin y estacionarios, comúnmente denominados en la jerga minera "Panzer" por su gran resistencia a las solicitaciones que se ven sometidos (movimiento de rocas de gran tamaño, altamente duras y abrasivas). La utilización de este tipo de transportadores reemplaza a los típicos cargadores móviles o LHD de baja altura utilizados en la minería convencional.

Una forma opcional de construir las galerías lo constituye la construcción de un nivel de traspaso de material ubicado en un nivel más bajo respecto del nivel de las galerías de explotación y consecuentemente de las zanjas. Esta configuración permite recibir en forma simultanea el material de mas de una zanja ó punto de extracción y acumular en el ducto que se genera entre el nivel de la zanja y el nivel de traspaso, material que va cayendo desde la zanja. Esta alternativa, por el hecho de acumular material el ducto (1 1 ) mencionado, permite realizar labores de mantención en las calles de transporte sin que la labor de hundimiento se detenga ya que el material acumulado puede ser descargado posteriormente.

Cuando ya se han construido las galerías de acuerdo a lo descrito anteriormente, el método contempla las etapas que se indican a continuación: a) Pre-Acondicionamiento: esta etapa es la clave del éxito del método y consiste en modificar la calidad de la roca in situ, intensificando su grado de fracturamiento, hasta alcanzar niveles que le confieran características símiles de un macizo secundario. La etapa pre-acondicionamiento se puede lograr por fracturamiento hidráulico, que es una tecnología conocida en aplicaciones de explotación de pozos petroleros, donde se utiliza para crear fracturas que faciliten el flujo de petróleo hacia los pozos y que en el caso de minería metálica genera fracturas que facilitan la acción de los esfuerzos tanto para generar el hundimiento como para mejorar la granulometría, o mediante tronadura confinada que es la acción combinada de varios tiros que logran generar fracturas del macizo. Por último se puede hacer una combinación de ambas técnicas.

El pre-acondicionamiento o pre-tratamiento masivo de la roca primaria que se presenta como un macizo rocoso muy competente en un material fácil de hundir y fragmentar para la explotación por hundimiento, lo que podría llamarse también un proceso de "secundarización" del mineral primario.

Con todo, las pruebas han demostrado que la mejor forma de llevar a cabo la etapa pre-acondicionamiento son la combinación de Fracturamiento Hidráulico con el Debilitamiento Dinámico Mediante Explosivos, en que en este último se aprovecha la colisión de las ondas del esfuerzo dinámico y que hoy en día es técnicamente posible debido a las tecnologías de detonación electrónica disponibles en el mercado. Esta alternativa de pre-acondicionamiento permite producir una pre-estimulación de las perforaciones mediante fracturamiento hidráulico y enseguida llevar a cabo el proceso de denotación electrónica.

Otra alternativa es llevar a cabo una pre-estimulación de las perforaciones mediante propellant (explosivo sobre la base de un tipo de combustible sólido) y luego aplicar la tecnología de fracturamiento hidráulico para propagar las facturas, esta última es una metodología utilizada comúnmente en pozos petrolíferos. b) Hundimiento: es la operación de hundir el macizo por socavación de la base del macizo mediante los procedimientos conocidos del método de hundimiento en ambientes de roca bien fragmentada, y que para estos efectos no presenta mayores novedades en su aplicación. Con el fracturamiento inducido en la etapa a) anterior se puede esperar que la mayoría de los tamaños de los fragmentos puedan ser procesados por el sistema de extracción y transporte continuo.

De acuerdo a las características de fragmentación que tenga la roca, eso definirá el tipo de malla que se debe usar. Por ejemplo en sectores con fragmentación fina mediante métodos de hundimiento, requiere disponer una malla de puntos de extracción cercanos con distancias que van desde 8 a 11 metros. Esta condición de cercanía de puntos, tiene como consecuencia que las galerías deben ser de dimensiones pequeñas para mantener la estabilidad del sector. Las soluciones conocidas y aplicadas extensamente en el mundo, son la extracción con parrillas y piques o con Scrapers (Chatos), las que permiten hacer una extracción desde múltiples puntos y reunir el producto extraído en calles de transporte. Por otra parte para sectores primarios con fragmentación gruesa de se usan mallas mas grandes con espaciamientos de 13 a 17 metros. Con el sistema tradicional se requiere el uso de equipos LHD de gran magnitud, con la imposibilidad de hacer extracción en paralelo de los puntos.

En el caso de la Minería Continua, las mallas que se han revisado están entre los 13 x 13 metros cuadrados y 15 x 15 metros cuadrados. Ambas mallas son bastante anchas y sirven para manejar colpas de gran magnitud. c) Extracción: esta etapa está concebida como una operación simultánea desde múltiples puntos de extracción dispuestos en una malla regular a distancias determinadas compatibles con el flujo gravitacional interactivo. Para ello, como ya fuera expuesto, cada punto de extracción está equipado con una unidad extractora estacionaria, que alimenta un sistema recolector que conduce al mineral hacia la calle de transporte con medios continuos que lo lleva a destino. Los equipos extractores, recolectores y de transporte poseen accionamiento remoto asistido por comandos automáticos operados desde una sala de control a la manera de cualquier industria moderna. Eventualmente, en los extremos de los sistemas colectores se podrían instalar chancadores para producir en la mina el tamaño final de la alimentación a la planta. En resumen, no se utilizan cargadores frontales porque son reemplazados por sistemas continuos de carguío. Como un ejemplo se puede considerar "alimentadores" estacionarios que descarguen a transportadores continuos.

La principal alternativa de transporte utilizada, corresponde al transporte mediante correas transportadoras metálicas (panzer), en los cuales las evaluaciones preliminares presentan costos de operación inferiores con respecto al sistema convencional de transporte con ferrocarril.

La aplicación de un sistema de minería continua como el descrito, tiene un gran impacto en el rendimiento del área hundida, que habitualmente se expresa como "velocidad de extracción" y que se mide en tpd/m2.

En efecto en el sistema convencional de extracción con LHD, discreto e intermitente, cada equipo cargador extrae mineral desde un conjunto de puntos de extracción (generalmente 16 puntos de extracción por equipo) a razón de 200 t/hora. A cada punto de extracción se le asocian aproximadamente 250 m2 de área de influencia, de modo que un módulo de 16 puntos comprende aproximadamente 4.000 m2, así en 15 horas de operación máxima por día, se puede lograr una extracción de 3.000 t que equivalen a 0,75 tpd/m2. Por otra parte, si asumimos que la extracción se hace en forma regular, de cada punto de extracción se extraen menos de 200 t por día, lo que equivale a una utilización de menos de una hora diaria (recordemos que el LHD puede extraer 200 t/hora).

Las cifras históricas de velocidad de extracción real son del orden de 0,4 tpd/m2 y velocidad de extracción efectiva de 0,5 tpd/m2, debido a que el flujo de mineral por los puntos de extracción no es lo suficientemente veloz para saturar la capacidad de producción de los equipos. La expresión "velocidad de extracción real (VER)" se usa para referirse a la extracción total alcanzada en un día desde una determinada área activa, sea que los puntos hayan estado disponibles o no para su extracción; y los términos "velocidad de extracción efectiva (VEE)" se refieren a la velocidad de extracción calculada considerando sólo el área de aquellos puntos que efectivamente fueron objeto de extracción en ese día. La diferencia se explica porque una parte del área activa puede estar transitoriamente fuera de servicio por mantención o reparación directa en los puntos de extracción o de las instalaciones de tránsito o destino de su producción.

La Minería Continua apunta a mejorar estas cifras, aumentando la utilización de los puntos de extracción a un promedio de 16 horas diarias (dos turnos de operación y un turno de mantención), con una producción de 40 t/hora por extractor estacionario.

Así si consideramos en un simple ejercicio 8 puntos de 225 m2 de influencia (1.800 m2) operando 16 horas por día, se obtiene una producción de 5.400 tpd y una tasa de extracción (VEE) de 3 tpd/m2 y una velocidad real de extracción (VER) del orden de 5 tpd/m2. Con esto se produce un mejor aprovechamiento del área hundida y también una concentración de las operaciones con la consiguiente racionalización de los recursos.

Para el material fragmentado en las condiciones indicadas, la tasa de extracción alcanzable en la etapa de propagación del hundimiento puede llegar a 300 mm/día que equivale a aproximadamente 0,8 tpd/m2 y para la etapa de extracción gravitacional post propagación teóricamente no hay limitaciones salvo la capacidad de extracción, que en el sistema ideado podría alcanzar tasa superiores a 3 tpd/m2.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES Método para la extracción continua de mineral en faenas subterráneas, destinado a la producción permanente de extracción desde los puntos o zanjas de explotación CARACTERIZADO porque comprende construir galerías de explotación de tamaño reducido, en que por el centro definido por un grupo de galerías atraviesa una calle destinada al transporte de mineral, dicha calle atravesando sucesivamente todos los grupos de galerías definidos en el frente de explotación; dichos puntos de extracción se disponen de modo de configurar una malla regular a distancias determinadas compatibles con un flujo gravitacional interactivo; una vez que dichas galerías, zanjas y calles de transporte se encuentran construidas se procede a efectuar las siguiente etapas: a. Preacondicionamiento, el cual consiste en modificar la roca ¡n situ, por medio de la intensificación de su grado de fracturamiento hasta alcanzar niveles que la dejen con características de un macizo secundario, b. Hundimiento, el cual consiste en hundir el macizo por la socavación de su base, mediante procedimientos convencionales en ambientes de roca bien fragmentada, y c. Extracción, que consiste en la operación simultánea desde múltiples puntos de extracción definidos durante la etapa de la construcción de dicha galería de explotación. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque cuando dichas zanjas ya se encuentran construidas, se instala en las mismas un equipamiento estacionario necesario para producir la extracción del mineral. Método para la extracción continua del mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque en dichas calles de transporte se dispone de medios para que el material que se va extrayendo de las zanjas se transporte permanentemente por dichas calles. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque dichos medios dispuestos en las calles de transporte, corresponden a transportadores de correas o cadenas sin fin, comúnmente denominados en la jerga minera "Panzer". 5. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque además comprende la construcción de un nivel de traspaso de material, ubicado en un nivel más bajo respecto del nivel definido por dichas galerías de explotación y consecuentemente de dichas zanjas. 6. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 5 CARACTERIZADO porque entre dicho nivel de la galería de explotación y dicho nivel de traspaso se construye un ducto por el cual cae el material desde la zanja hasta dicho nivel de traspaso y también permite acumular material en él. 7. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque dicha etapa de preacondicionamiento se efectúa por medio de fracturamiento hidráulico. 8. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque dicha etapa de preacondicionamiento se efectúa mediante tronadura confinada o debilitamiento dinámico mediante explosivos. 9. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque dicha etapa de preacondicionamiento se efectúa mediante la combinación de fracturamiento hidráulico con debilitamiento dinámico mediante explosivos. 10. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque dicha malla regular dispone de puntos de extracción con distancia que van desde 8 a 15 metros. 1 1. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque en dicha etapa de preacondicionamiento se debe generar un tamaño fragmentado capaz de ser extraído y transportado por el sistema. 12. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque en cada punto de extracción se dispone de una unidad extractora estacionaria que alimenta a una sistema recolector dispuesto a la salida de la zanja, de manera de conducir al mineral hacia dicha caída de transporte con medios continuos que lo lleva a destino. 13. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a las reivindicaciones anteriores CARACTERIZADO porque los medios extractores, recolectores y de transporte poseen accionamiento remoto asistido por comando automáticos, operados desde una sala de control. 14. Método para la extracción continua de mineral de acuerdo a la reivindicación 13 CARACTERIZADO porque en los extremos de dicho sistema recolector se instalan chancadores para producir dentro de la mina el tamaño final de alimentación a la planta.