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Minería subterránea de roca dura

Diagrama 3D de una mina subterránea moderna con acceso al pozo. La minería subterránea de roca dura se refiere a varias técnicas de minería subterránea utilizadas para excavar m...

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Diagrama 3D de una mina subterránea moderna con acceso al pozo.

La minería subterránea de roca dura se refiere a varias técnicas de minería subterránea utilizadas para excavar minerales "duros" , generalmente aquellos que contienen metales , [ 1 ] como menas que contienen oro , plata , hierro , cobre , zinc , níquel , estaño y plomo . También implica las mismas técnicas utilizadas para excavar menas de gemas , como diamantes y rubíes . La minería de roca blanda se refiere a la excavación de minerales más blandos, como sal , carbón y arenas bituminosas .

Acceso a la mina

Acceso subterráneo

El acceso al mineral subterráneo se puede realizar mediante una rampa inclinada, un pozo vertical inclinado o una galería .

Rechazar portal
  • Las galerías de acceso pueden ser túneles en espiral que rodean el flanco del yacimiento o lo rodean por completo. Comienzan con una excavación en forma de cajón , que sirve de entrada a la superficie. Dependiendo de la cantidad de material de recubrimiento y la calidad de la roca madre , puede ser necesario un conducto de acero galvanizado por motivos de seguridad. También pueden iniciarse en la pared de una mina a cielo abierto .
  • Los pozos son excavaciones verticales que se realizan junto a un yacimiento mineral. Se excavan pozos para yacimientos donde el transporte a la superficie mediante camiones no resulta económico. El transporte a través de pozos es más económico que el transporte en camiones a mayor profundidad, y una mina puede contar tanto con una rampa como con una pendiente descendente.
  • Las galerías de acceso son excavaciones horizontales en la ladera de una colina o montaña. Se utilizan para yacimientos minerales horizontales o casi horizontales donde no se requiere una rampa o un pozo.

Las rampas de acceso suelen iniciarse desde el lateral del muro alto de una mina a cielo abierto cuando el yacimiento tiene una ley suficiente para sustentar una operación minera subterránea, pero la relación de desmonte se ha vuelto demasiado grande para los métodos de extracción a cielo abierto. También se construyen y mantienen con frecuencia como acceso de seguridad de emergencia desde las galerías subterráneas y como medio para trasladar equipos pesados ​​a las mismas.

Acceso al mineral

Se excavan niveles horizontales desde la rampa o el pozo para acceder al yacimiento. Luego, se excavan galerías perpendiculares (o casi perpendiculares) al nivel, hasta llegar al mineral.

minería de desarrollo frente a minería de producción

La minería subterránea consta de dos fases principales: la minería de desarrollo y la minería de producción.

La minería de desarrollo consiste en la excavación casi en su totalidad en roca estéril (sin valor) para acceder al yacimiento. Hay seis pasos en la minería de desarrollo: remover el material previamente volado (remoción de escombros), desmonte (remoción de las losas de roca inestables que cuelgan del techo y las paredes laterales para proteger a los trabajadores y el equipo de daños), instalación de soporte o refuerzo con hormigón proyectado u otros soportes, perforación de la roca frontal, carga de explosivos y voladura de explosivos. Para comenzar la minería, el primer paso es crear el camino de descenso. El camino se define como "Cuesta", como se describe anteriormente. Antes de comenzar una cuesta, se requiere toda la planificación previa de la instalación eléctrica, la disposición de la perforación, el drenaje, la ventilación y las instalaciones de extracción de escombros. [ 2 ]

La minería de producción se divide a su vez en dos métodos: perforación de pozos largos y perforación de pozos cortos. La perforación de pozos cortos es similar a la minería de desarrollo, con la diferencia de que se realiza en yacimientos de mineral. Existen varios métodos de perforación de pozos largos. Generalmente, este método requiere dos excavaciones dentro del yacimiento a diferentes profundidades (de 15 a 30 metros o de 50 a 100 pies ). Se perforan pozos entre las dos excavaciones y se cargan con explosivos. Posteriormente, se detonan los explosivos y se extrae el mineral de la excavación inferior.

Ventilación

Puerta para dirigir la ventilación en una antigua mina de plomo. La tolva de mineral en la parte frontal no forma parte del sistema de ventilación.

Uno de los aspectos más importantes de la minería subterránea de roca dura es la ventilación . La ventilación es el método principal para eliminar gases y/o polvo peligrosos generados por la perforación y las voladuras (p. ej., polvo de sílice, NOx), los equipos diésel (p. ej., partículas diésel, monóxido de carbono) o para protegerse de los gases que emanan naturalmente de la roca (p. ej., gas radón). La ventilación también se utiliza para controlar la temperatura subterránea para los trabajadores. En minas profundas y calientes, la ventilación se utiliza para enfriar el lugar de trabajo; sin embargo, en lugares muy fríos, el aire se calienta hasta justo por encima del punto de congelación antes de entrar en la mina. Los conductos de ventilación se utilizan normalmente para transferir el aire de la superficie a los lugares de trabajo y pueden modificarse para usarse como rutas de escape de emergencia. Las principales fuentes de calor en las minas subterráneas de roca dura son la temperatura de la roca virgen, la maquinaria, la autocompresión y el agua de las fisuras. Otros factores que contribuyen en menor medida son el calor corporal humano y las voladuras.

Apoyo en tierra

Se requiere algún tipo de soporte para mantener la estabilidad de las excavaciones. Este soporte se presenta en dos formas: soporte local y soporte de área.

Apoyo terrestre de área

Area ground support is used to prevent major ground failure. Holes are drilled into the back (ceiling) and walls and a long steel rod (or rock bolt) is installed to hold the ground together. There are three categories of rock bolt, differentiated by how they engage the host rock.[3] They are:

Mechanical bolts

  • Point anchor bolts (or expansion shell bolts) are a common style of area ground support. A point anchor bolt is a metal bar between 20 mm – 25 mm in diameter, and between 1 m – 4 m long (the size is determined by the mine's engineering department). There is an expansion shell at the end of the bolt which is inserted into the hole. As the bolt is tightened by the installation drill the expansion shell expands and the bolt tightens holding the rock together. Mechanical bolts are considered temporary support as their lifespan is reduced by corrosion as they are not grouted.[3]

Grouted bolts

  • Resin grouted rebar is used in areas which require more support than a point anchor bolt can give. The rebar used is of similar size as a point anchor bolt but does not have an expansion shell. Once the hole for the rebar is drilled, cartridges of polyester resin are installed in the hole. The rebar bolt is installed after the resin and spun by the installation drill. This opens the resin cartridge and mixes it. Once the resin hardens, the drill spinning tightens the rebar bolt holding the rock together. Resin grouted rebar is considered a permanent ground support with a lifespan of 20–30 years.[3]
  • Cable bolts are used to bind large masses of rock in the hanging wall and around large excavations. Cable bolts are much larger than standard rock bolts and rebar, usually between 6 and 25 metres long. Cable bolts are grouted with a cement grout.[3]

Friction bolts

  • Friction stabilizer (frequently called by the genericized trademarkSplit Set) are much easier to install than mechanical bolts or grouted bolts. The bolt is hammered into the drill hole, which has a smaller diameter than the bolt. Pressure from the bolt on the wall holds the rock together. Friction stabilizers are particularly susceptible to corrosion and rust from water unless they are grouted. Once grouted the friction increases by a factor of 3–4.[3]
  • Swellex is similar to Friction stabilizers, except the bolt diameter is smaller than the hole diameter. High pressure water is injected into the bolt to expand the bolt diameter to hold the rock together. Like the friction stabilizer, swellex is poorly protected from corrosion and rust.[3]

Local ground support

Local ground support is used to prevent smaller rocks from falling from the back and ribs. Not all excavations require local ground support.

  • Welded Wire Mesh is a metal screen with 10 cm x 10 cm (4 inch) openings. The mesh is held to the backs and walls using friction stabiliser bolts, point anchor bolts, or resin grouted rebar.
  • Shotcrete is fibre-reinforced spray-on concrete which coats the back and ribs preventing smaller rocks from falling. Shotcrete thickness can be between 50 mm – 100 mm.
  • Latex Membranes can be sprayed on the backs and ribs similar to shotcrete, but in smaller amounts.

Stope and retreat vs. stope and fill

Stope and retreat

Sub-Level Caving Subsidence reaches surface at the Ridgeway underground mine.

Using this method, mining is planned to extract rock from the stopes without filling the voids; this allows the wall rocks to cave in to the extracted stope after all the ore has been removed. The stope is then sealed to prevent access.

Stope and fill

Where large bulk ore bodies are to be mined at great depth, or where leaving pillars of ore is uneconomical, the open stope is filled with backfill, which can be a cement and rock mixture, a cement and sand mixture or a cement and tailings mixture. This method is popular as the refilled stopes provide support for the adjacent stopes, allowing total extraction of economic resources.

Methods

Schematic diagram of cut and fill mining

El método de extracción seleccionado viene determinado por el tamaño, la forma, la orientación y el tipo de yacimiento a explotar. El yacimiento puede ser una veta estrecha, como una mina de oro en Witwatersrand, o un yacimiento masivo, similar a la mina Olympic Dam en Australia Meridional o la mina Cadia-Ridgeway en Nueva Gales del Sur . El ancho o tamaño del yacimiento viene determinado por la ley y la distribución del mineral. La inclinación del yacimiento también influye en el método de extracción; por ejemplo, un yacimiento de veta horizontal estrecha se extraerá mediante el método de cámaras y pilares o el de tajo largo, mientras que un yacimiento de veta vertical estrecha se extraerá mediante el método de cámaras abiertas o el de corte y relleno. Además, es necesario considerar la resistencia del mineral y de la roca circundante. Un yacimiento alojado en roca resistente y autoportante puede extraerse mediante el método de cámaras abiertas, mientras que un yacimiento alojado en roca pobre puede requerir el método de corte y relleno, donde el hueco se rellena continuamente a medida que se extrae el mineral.

Métodos de minería selectiva

  • La minería por corte y relleno es un método de extracción de barrenos cortos que se utiliza en zonas de mineral con fuerte inclinación o irregularidades, en particular donde el techo limita el uso de métodos de barrenos largos. El mineral se extrae en láminas horizontales o ligeramente inclinadas y luego se rellena con roca estéril, arena o relaves . Cualquiera de las opciones de relleno puede cementarse con aglutinantes para aumentar la cohesión de la matriz o dejarse sin cementar. La minería por corte y relleno es un método costoso pero selectivo, con las ventajas de una baja pérdida y dilución del mineral . [ 4 ]
  • El método de galería y relleno es similar al de corte y relleno, con la diferencia de que se utiliza en zonas mineralizadas más anchas de lo que permite la explotación mediante galerías. En este caso, se excava una primera galería en el yacimiento y se rellena con material consolidado. A continuación, se excava una segunda galería junto a la primera. Este proceso continúa hasta que se explota la zona mineralizada en toda su anchura, momento en el que se inicia el segundo corte sobre el primero.
  • La explotación por contracción es un método de perforación de barrenos cortos adecuado para yacimientos con fuerte inclinación. Este método es similar a la minería de corte y relleno, con la excepción de que, tras la voladura, el mineral fracturado se deja en la galería, donde sirve de soporte a la roca circundante y como plataforma de trabajo. Solo se extrae del caldo la cantidad de mineral necesaria para perforar y volar la siguiente sección. La galería se vacía una vez extraído todo el mineral. Si bien es muy selectivo y permite una baja dilución, dado que la mayor parte del mineral permanece en la galería hasta que se completa la explotación, el retorno de la inversión se retrasa. [ 4 ]
  • VRM / VCR : La minería de retroceso vertical (VRM), también conocida como retroceso de cráter vertical (VCR), es un método en el que la mina se divide en zonas verticales con una profundidad de aproximadamente 50 metros utilizando cámaras abiertas y minería ascendente. Se perforan agujeros de gran diámetro y longitud verticalmente en el cuerpo mineral desde la parte superior utilizando perforadoras internas (ITH) [ 5 ] , y luego se dinamitan secciones horizontales del cuerpo mineral hacia una zona socavada. El mineral dinamitado se extrae por fases. Esta extracción se realiza desde la parte inferior de la sección desarrollada. La limpieza final del mineral se realiza mediante máquinas LHD controladas remotamente. En la minería VCR se suele utilizar un sistema de cámaras primarias y secundarias, donde las cámaras primarias se explotan en la primera etapa y luego se rellenan con material cementado para proporcionar soporte a las paredes durante la voladura de las cámaras sucesivas. Las cámaras laterales se explotan en una secuencia preplanificada una vez que el relleno se ha solidificado. [ 6 ]

[ 7 ]

Métodos de minería a gran escala

  • El hundimiento por bloques se utiliza para extraer grandes yacimientos de mineral con fuerte inclinación (típicamente de baja ley) y alta friabilidad . Se excava una galería con acceso para transporte debajo del yacimiento, con "campanas de extracción" excavadas entre la parte superior del nivel de transporte y la parte inferior de la galería. Las campanas de extracción sirven como lugar para que caiga la roca derrumbada. El yacimiento se perfora y se dinamita por encima de la galería, y el mineral se extrae a través del acceso de transporte. Debido a la friabilidad del yacimiento, el mineral por encima de la primera voladura se derrumba y cae en las campanas de extracción. A medida que se extrae el mineral de las campanas, el yacimiento se derrumba, proporcionando un flujo constante de mineral. [ 4 ] Si el hundimiento se detiene y continúa la extracción de mineral de las campanas de extracción, puede formarse un gran vacío, lo que resulta en el potencial de un colapso repentino y masivo y una ráfaga de viento potencialmente catastrófica en toda la mina. [ 8 ] Donde el derrumbe continúa, la superficie del terreno puede colapsar formando una depresión superficial como las de las minas de molibdeno Climax y Henderson en Colorado . Esta configuración es una de las varias a las que los mineros aplican el término "glory hole".

Los yacimientos que no se derrumban fácilmente a veces se preacondicionan mediante fracturación hidráulica , voladuras o una combinación de ambas. La fracturación hidráulica se ha aplicado para preacondicionar la roca de techo resistente sobre los paneles de tajo largo de carbón , y para inducir el derrumbe tanto en minas de carbón como de roca dura.

  • Minería por cámaras y pilares  : Este método se utiliza comúnmente en yacimientos estratificados planos o con una ligera inclinación. Los pilares se dejan en su lugar siguiendo un patrón regular mientras se extraen las cámaras. En muchas minas de este tipo, los pilares se retiran comenzando por el punto más alejado del acceso a la galería, lo que permite que el techo se derrumbe y rellene la galería. Esto posibilita una mayor recuperación, ya que queda menos mineral en los pilares.
  • Derrumbe de subniveles [ 9 ]
  • Hundido vertical  : Este método está diseñado para yacimientos de mineral con pendientes pronunciadas a gran profundidad, donde las tensiones regionales son elevadas. En el hundimiento vertical, las masas rocosas se desestabilizan mediante la creación de ranuras paralelas a la inclinación del yacimiento. [ 10 ] Es un método nuevo que está desarrollando LKAB en el norte de Suecia . [ 11 ]

Extracción de mineral

En las minas que utilizan equipos con neumáticos para la extracción de mineral grueso , este se retira del tajo mediante vehículos articulados centrales . Estos vehículos se denominan "boggers" o LHD (máquinas de carga, transporte y descarga) . Estos equipos pueden funcionar con motores diésel o eléctricos y se asemejan a una cargadora frontal de perfil bajo . Las LHD eléctricas utilizan cables flexibles que se pueden extender o retraer en un carrete. [ 12 ]

En las minas menos profundas, el mineral se descarga en camiones para ser transportado a la superficie. En las minas más profundas, el mineral se descarga por un conducto (una excavación vertical o casi vertical) donde cae a un nivel de recolección. En este nivel, puede someterse a trituración primaria mediante una trituradora de mandíbulas o de cono, o mediante un rompe rocas . Posteriormente, el mineral se transporta mediante cintas transportadoras , camiones o, en ocasiones, trenes hasta el pozo para ser izado a la superficie en cubos o vagonetas y vaciado en depósitos situados bajo el castillete de la superficie para su transporte a la planta de procesamiento.

En algunos casos, la trituradora primaria subterránea alimenta una cinta transportadora inclinada que lleva el mineral a la superficie a través de un pozo inclinado. El mineral se transporta por galerías, y la maquinaria minera accede al yacimiento mediante una rampa desde la superficie.

Minas más profundas

  • Las minas más profundas del mundo son las minas de oro Mponeng y TauTona (Western Deep Levels) en la región de Witwatersrand de Sudáfrica, que actualmente están trabajando a profundidades que superan los 3900 m (12 800 pies) . [ 13 ]  
  • La mina inactiva más profunda de Asia es la de Kolar, en la región de Karnataka , India. Cerrada en 2001, su pozo principal alcanzó una profundidad de 3220 metros (10 560 pies ) . Esta región también presenta las condiciones más extremas para la minería de roca dura, con temperaturas del aire que alcanzan los 45 °C (113 °F) . Sin embargo, se utilizan enormes plantas de refrigeración para reducir la temperatura a unos 28 °C (82 °F) .      
  • La mina de roca dura inactiva más profunda de Norteamérica es la mina Empire en Grass Valley, California. Cerrada en 1956, el pozo principal había alcanzado una profundidad inclinada de 11 007 pies (3355 m) . La longitud combinada de todos los pozos es de 367 millas (591 km) .   
  • La mina de roca dura activa más profunda de Norteamérica es la mina Kidd en Canadá, que extrae zinc y cobre en Timmins , Ontario . Con una profundidad máxima de 3014 metros (9889 pies ), esta mina es la mina de metales básicos más profunda del mundo, y su baja elevación superficial significa que el fondo de la mina es el punto no marino accesible más profundo de la Tierra. [ 14 ] [ 15 ] 
  • Se cree que el pozo Penna (pozo n.° 3) de LaRonde es el pozo de extracción individual más profundo del hemisferio occidental. El nuevo pozo n.° 4 alcanza una profundidad de 2840 m (9320 pies) . La ampliación de la mina LaRonde se completó en junio de 2016 a una profundidad de 3008 m (9869 pies) , lo que la convierte en la explotación de tajos abiertos de barrenos largos más profunda del mundo. [ 16 ]    
  • La mina activa más profunda de Eurasia y Asia es la mina Skalisty de Nornickel , ubicada en Talnakh . En septiembre de 2018 alcanzó una profundidad de 2056 m (6745 pies) bajo la superficie. [ 17 ]  
  • La mina más profunda de Europa es el Pozo 16 de las minas de uranio en Příbram , República Checa , con 1.838 m (6.030 pies) . [ 18 ]  
  • Las minas de roca dura más profundas de Australia son las minas de cobre y zinc- plomo de Mount Isa , Queensland , a 1.800 m (5.900 pies) . [ 19 ]  
  • Las minas de platino y paladio más profundas del mundo se encuentran en el arrecife Merensky , en Sudáfrica, con un recurso de 203 millones de onzas troy , que actualmente se explotan a una profundidad de aproximadamente 2200 m (7200 pies) .  
  • El pozo más profundo es el Pozo Superprofundo de Kola, en el óblast de Murmansk , Rusia. Con 12.262 m (40.230 pies) , es el punto extremo artificial más profundo de la Tierra .  

Véase también

Referencias

  1. ↑ de la Vergne, Jack (2003). Manual del minero de roca dura . Tempe / North Bay : McIntosh Engineering. pág.  2. ISBN 0-9687006-1-6.
  2. ↑ Brazil, M. "Diseño de pendientes en minas subterráneas mediante optimización de trayectorias con restricciones" (PDF) . math.uwaterloo.ca . Archivado del original (PDF) el 24 de noviembre de 2010. Consultado el 19 de junio de 2023 .
  3. ^ Puhakka , Tulla ( 1997 ) . Manual de carga y perforación subterránea . Finlandia: Tamrock Corporation. págs. 153-170 . 
  4. ^ Puhakka , Tulla (1997) . Manual de carga y perforación subterránea . Finlandia: Tamrock Corporation. págs. 98-130 . 
  5. ↑ "The In-The-Hole Drill | Dirty Great Machines | Discovery Science" . Archivado del original el 2 de febrero de 2017. Consultado el 29 de enero de 2017 .
  6. ↑ "Mina Creighton de Vale Inco: Cada día se excava más profundo" . Punto de vista (3): 2. 2008. Archivado del original el 21 de junio de 2015. La minería de retroceso vertical (VRM) se introdujo a mediados de la década de 1980 para reemplazar el método de minería de corte y relleno. El método de minería de ranura y corte, una versión modificada de la VRM, se introdujo a finales de la década de 1990 y reemplazó a la minería VRM.
  7. ↑ "Minería y Metalurgia 101" . www.miningbasics.com . Archivado del original el 6 de diciembre de 2011. Consultado el 27 de enero de 2017 .
  8. ↑ Fowler, JCW; Hebblewhite, BK (2003). "Publicación minera" (PDF) . Nueva Gales del Sur. Archivado (PDF) del original el 20 de septiembre de 2006. Recuperado el 30 de mayo de 2007 .
  9. ↑ Sjöberg, J., F. Perman, D. Lope Álvarez, BM. Stöckel, K. Mäkitaavola, E. Storvall y T. Lavoie. «Minería subterránea profunda y su influencia en la superficie», en: Deep Mining 2017: Octava Conferencia Internacional sobre Minería Profunda y de Alta Presión (Perth, 28-30 de marzo de 2018). Wesseloo, J. (ed.), págs. 357-372. Perth: Centro Australiano de Geomecánica, Perth, ISBN 978-0-9924810-6-3, 2017.
  10. ^ Ladinig, Tobías; Wagner, Horst; Karlsson, Wimmer; Grynienko, Michal (2022). "Raise Caving: un método de minería híbrido que aborda los desafíos actuales de la minería en cuevas profundas" . BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte . 167 (4): 177– 186. Código bibliográfico : 2022BHM...167..177L . doi : 10.1007/s00501-022-01217-3 .
  11. ^ "LKAB utvecklar ny brytningsmetod - så går metoden aumentar la hundimiento hasta" . SVT (en sueco). 2021-06-08 . Consultado el 21 de junio de 2024 .
  12. ↑ http://www.mineweb.com/archive/greGreener minería subterránea
  13. ↑ "TauTona, Anglo Gold, Sudáfrica" . 2009. Archivado del original el 12 de mayo de 2019. Consultado el 1 de mayo de 2009 .
  14. ↑ Godkin, David (1 de febrero de 2014). "La seguridad no es casualidad" . Canadian Mining Journal . Archivado del original el 19 de julio de 2019. Consultado el 19 de febrero de 2020 .
  15. ↑ "Inicio | Operaciones de Kidd" . Archivado del original el 2 de marzo de 2020. Consultado el 19 de febrero de 2020 .
  16. ↑ "Agnico Eagle Mines Limited - Operaciones - Operaciones - Complejo LaRonde" . www.agnicoeagle.com . Archivado del original el 1 de febrero de 2022. Consultado el 1 de febrero de 2022 .
  17. ↑ "La mina Skalisty alcanza una profundidad de diseño de 2.056 m bajo la superficie – Nornickel" .
  18. ↑ "Yacimientos minerales: desde su origen hasta sus impactos ambientales" . Taylor & Francis. 1995. ISBN 978-9054105503.
  19. ↑ "Mt Isa" . Larvotto Resources Limited . Consultado el 10 de marzo de 2025 .

Lecturas adicionales

  • Brown, Ronald C. Mineros de roca dura: El oeste intermontañoso, 1860–1920 . (2000)
  • de la Vergne, Jack. Manual del minero de roca dura . (2003) Tempe/North Bay: McIntosh Engineering. ISBN 0-9687006-1-6.
  • McElfish Jr., James M. Minería de roca dura: Enfoques estatales para la protección del medio ambiente . (1996)
  • Wyman, Mark. Hard Rock Epic: Mineros del Oeste y la Revolución Industrial, 1860–1910 . (1989)
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