Metodología de planificación minera a corto plazo y diseño minero a mediano plazo en la cantera Pifo (página 2)

> Emisión de polvo: Riego periódico de pistas y stocks (o cubrirlos con lona en los taludes). Trituración con riego tenue. Cubrir la carga de volquetas con lona. Colocar captador de polvo en perforadora. Retirar material de las pistas y darles mantenimiento

> Emisión de gases: Mantenimiento de la maquinaria y poner a punto el sistema de carburación

> Emisión de ruido: Mantener a punto los silenciadores. Reducir la velocidad de circulación.

Cubrir con bandas de caucho los elementos metálicos que sufren impacto de las rocas. La operación de la planta debe hacerse a horas diurnas.

Utilizar cargas correctas de explosivos y utilizar microretardos

> Escorrentía: Construir un sistema de drenaje, para cada talud importante y las escombreras. Mantenimiento de las cunetas de las pistas.

Reducción de taludes de las escombreras y stocks para así reducir la fuerza erosiva del agua.

> Contaminación del agua por combustible: Manejo correcto y seguro del combustible para evitar derrames

> Sedimentación: Controlar la erosión en los stocks

> Retirada y acopio del suelo: En la retirada y almacenamiento debe evitarse el compactamiento. Evitar la muerte de microorganismos aerobios.

Evitar la contaminación, la producción de polvo, el paso de maquinaria y la erosión

> Ocupación temporal del suelo: Evitar remover la capa de suelo que se encuentra debajo de las pilas de stock

> Alteración de la Morfología: Recuperación parcial con la restauración del área. Creación de una pantalla con árboles de follaje espeso y altura considerable. Construcción de barreras visuales con material de desecho.

6. Diseño Minero

El mineral que se explota en la Cantera de estudio es roca andesítica, y como estéril se tienen rocas sedimentarias y andesitas meteorizadas; se espera una producción promedio mensual de 37.500 Ton (450.000 Ton anuales, dato del año 2005), es decir que se va a explotar las reservas probadas y su sobrecarga. El tiempo de abandono estará dado por la capacidad de transporte y por la capacidad de procesamiento de la planta; inicialmente se realizó una actualización topográfica de la cantera a fin de que se realicen los cálculos de reservas actualizadas a la fecha de este trabajo (Fig. 3), las cuales fueron de 5"000.000 Ton.

Tal volumen a explotar es hasta la cota 2825 msnm, siendo la base actual en 2866 msnm, lo cual son 41 metros, los 4 niveles hacia abajo, siendo 10 metros de altura cada uno, significan 3"695.000 Ton (8,2 años).

Si no se consideraran tales pisos se tendría unas reservas de 1"300.000 Ton (2,9 años) de mineral aproximadamente. La sobrecarga de estéril es localizada en dicha cantera por lo que facilita la extracción del mineral y abarata los costos de producción.

Fig. 3. Mapa de ubicación de cantera en la actualidad

6.1. Criterios para el Diseño de Explotación [3] Para el correcto diseño de una mina a cielo abierto se tiene que haber cubierto la etapa de investigación geológica, fruto de la cual se obtendrá el modelo del yacimiento con todas sus características litológicas y estructurales, que permitirán optimizar la geometría del hueco final y establecer la planificación de las labores, el control y previsión de la calidad de los minerales y, en suma, la rentabilidad del negocio.

En el momento de proyectar una mina a cielo abierto se deben tener en cuenta cuatro grupos de parámetros: geométricos, geomecánicos, operativos y medioambientales.

Geométricos: Función de la estructura y morfología del yacimiento, pendiente en terreno, pendiente en limites de propiedad, etc.

Geomecánicos: Dependientes de los ángulos máximos estables de los taludes en cada uno de los dominios estructurales en que se haya dividido el yacimiento. Operativos: Dimensiones necesarias para que la maquinaria empleada trabaje en condiciones adecuadas de eficiencia y seguridad: alturas de banco, anchuras de bermas y pistas, anchuras de fondo, etc. Medioambientales: Aquellos que permiten la ocultación a la vista de los huecos o escombreras, faciliten la restauración de los terrenos o la reducción de ciertos impactos ambientales.

Fig. 4. Esquema de los principales elementos en una explotación a cielo abierto

A continuación se define los principales parámetros geométricos que configuran el diseño de una explotación a cielo abierto (Fig. 4):

Banco: Es el módulo o escalón comprendido entre dos niveles que constituyen la rebanada que se explota, de estéril o mineral, y que es objeto de excavación desde un punto del espacio hasta una posición final preestablecida.

Altura del banco: Es la distancia vertical entre dos niveles o, lo que es igual, desde el pie del banco hasta la parte mas alta o cabeza del mismo.

Talud de banco: Es el ángulo delimitado entre la horizontal y la línea de máxima pendiente de la cara del banco.

Talud de trabajo: Es el ángulo determinado por los pies de los bancos entre los cuales se encuentra algunos de los tajos o plataforma de trabajo. Es una pendiente provisional de la excavación.

Pistas: Son las estructuras viarias dentro de una explotación, a través de las cuales se extrae el mineral y el estéril, o se efectúan los movimientos de equipos y servicios entre diferentes puntos de la misma. Se caracterizan, fundamentalmente, por su anchura y su pendiente dentro de una disposición espacial determinada.

Rampa de acceso: Caminos de uso esporádico que se utilizan para el acceso de los equipos, generalmente de arranque, a los tajos. Las anchuras son pequeñas y, al ser vías de un solo carril, las pendientes son superiores a las de las pistas.

Límites finales de la mina: Son aquellas situaciones espaciales hasta las que llegan las excavaciones. El límite horizontal determina el fondo final de la explotación y los límites laterales, los taludes finales de la misma. Los límites en profundidad de una mina a cielo abierto están condicionados, fundamentalmente, por la geología del yacimiento y por aspectos económicos derivados de los costes de extracción del estéril para un determinado valor del mineral explotado. La definición de tales límites se ve también influida por motivos de estabilidad de taludes, por las características geomecánicas del macizo rocoso y las tensiones producidas en las rocas al crear el hueco e, incluso, por las dimensiones mínimas del espacio de trabajo que es necesario para las máquinas. Bermas: Son aquellas plataformas horizontales existentes en los límites de la explotación sobre los taludes finales, que contribuyen a mejorar la estabilidad de un talud y las condiciones de seguridad. El intervalo de las bermas y su anchura, así como el ángulo de talud, se establecen por condicionantes operativas si se utilizan como pistas de transporte. Talud final de explotación: Es el ángulo del talud estable delimitado por la horizontal y la línea que une el pie del banco inferior y la cabeza del superior.

6.1.1. Factores geométricos. En la zona, la explotación se realiza conformando la forma de circo que actualmente tiene la cantera, a lo largo del yacimiento. Los afloramientos de andesita se localizan desde Quito-Papallacta en una falla Este-Oeste, con buzamiento casi vertical. Las reservas de andesita son importantes, no existen datos suficientes para la estimación de las reservas totales ya que no se conocen los límites del yacimiento con exactitud.

6.1.2. Factores geomecánicos. Paralelamente a la dificultad en el conocimiento geodinámico de las propiedades de las rocas, nuevos parámetros geotécnicos de los macizos rocosos han pasado a ser considerados en los trabajos de caracterización con vistas a su aplicación a la maquinaria. Así, se han empezado a estudiar las discontinuidades estructurales, su espaciamiento, su orientación, la forma de los bloques conformados, el material de relleno de las fisuras, y otros parámetros bastante más relacionados con la forma en que la minería se va a llevar a cabo en forma real.

6.1.3. Factores operativos. La explotación en la cantera es de arriba hacia abajo para así aprovechar la gravedad para remoción de material "sucio" (andesita mezclada con arcilla), y además poder controlar los taludes en forma más eficiente y segura. Para minería de superficie en proyectos a cielo abierto, como en el caso de esta cantera, se emplea la perforación mecanizada del tipo de "perforación por banqueo", que es el mejor método para la voladura de rocas ya que dispone de un frente libre para la salida y proyección del material, permitiendo una sistematización de las labores.

La voladura es de forma de "V", o de línea a línea, dependiendo si se tiene dos o un sólo frente en cada banco, respectivamente; tiene una sobreperforación de 1 m cada barreno, aproximadamente. El transporte del material volado se lo debe realizar con volquetes convencionales, ya que son un medio de transporte eficiente, la distancia de transporte es de aproximadamente 700 m, el material a transportar es apto para los volquetes, se puede variar el ritmo de producción tan solo con aumentar la flota o los turnos de transporte. La infraestructura para mantener los volquetes es sencilla y barata, además es fácil de supervisar y controlar.

6.2. Límites finales de la explotación Los límites del yacimiento de andesita se determinan por el contacto con la roca andesítica alterada. Para determinar los límites finales de explotación, se debe tener en cuenta dónde y cómo se encuentra distribuido el mineral útil, para ello se realizó una geología localizada en la cantera a fin de determinar el contacto entre la roca alterada y la andesita fresca. Al realizar tal diseño, tenemos los siguientes parámetros de diseño:

Altura de banco 10 m Ancho de banco 30 m Ángulo de banco 70º Bermas 6 m Ancho de vía 12 m Talud de trabajo 32.6º Talud final 46º Fondo de explotación 60 m 6.3. Maquinaria y equipos La carga y el transporte del material arrancado en la cantera se realiza con la siguiente maquinaria.

Tabla 1. Maquinaria usada en la Cantera

7. Planificación minera a corto plazo

En ésta sección, se van a analizar las labores de destape, preparación, perforación, voladura y transporte del material de la cantera durante un lapso de 1 año calendario aproximadamente de acuerdo a los parámetros actuales de explotación en la cantera y con el diseño de explotación final de la zona Oeste de la misma.

7.1. Modelo Digital del Terreno

Fig. 5. Modelo Digital de Terreno actual y del diseño minero a mediano plazo

Fig. 6. Perfiles topográficos

Con la ayuda de la topografía realizada en el frente se diseñó el Modelo Digital del Terreno (MDT) a fin de usarlo en el cálculo de reservas, pues se puede calcular superficies y volúmenes de manera más exacta (Fig. 5).

Con la ayuda de la actualización topográfica realizada en el frente y con un software especializado, se diseñaron ocho perfiles topográficos de 570 metros de longitud en promedio y separados 40 m entre ellos; los perfiles delimitan 7 bloques de explotación en cada nivel de explotación (Fig. 6).

7.2. Niveles de explotación Para la realización de la Planificación Minera de la cantera se realizó el diseño de 6 Niveles de Explotación, a la vez estos fueron segmentados por 8 perfiles topográficos, los mismos que dividen a los niveles en 7 bloques, todo esto define un total de 42 bloques independientes.

Como se describió con anterioridad, existen 6 Niveles, los cuales fueron segmentados en 42 bloques de explotación, los mismos que están repartidos en forma equitativa por nivel, es decir que, por cada nivel existen 7 bloques. Se van a describir las operaciones de los niveles 1 y 2, pues tales niveles tienen las reservas de mineral suficientes para las operaciones mineras durante más de un año calendario. Los niveles inferiores se los pueden describir en una planificación minera a largo plazo junto con el diseño de toda la cantera y su respectivo plan de abandono que es tema de nuevos estudios e informes detallados. Los 6 niveles a continuación descritos se los debe explotar en un periodo de 11 años, evacuando un total de 5"000.000 Ton.

Se debe recordar que esta investigación se refiere a las operaciones mineras a corto plazo en el tiempo de 1 año calendario con respecto a la producción actual y al diseño de los niveles 1 y 2 mencionados con anterioridad (Fig. 7).

Fig. 7. Topografía actual en donde se denotan las cotas a ser alteradas a fin de perfilar los niveles 1 y 2.

7.3. Tareas de preparación En las actividades a realizar para la explotación de los niveles podemos indicar lo siguiente:

> Actualmente en la cantera se está explotando el Nivel 2 en la cota 2866. Ésta explotación puede seguir hasta realizar las tareas de preparación del Nivel 1.

> El Nivel 1 debe ser el de inicio de la explotación, empezando por el lado SE del frente de explotación, pero este debe ser preparado ya que se encuentra material estéril, el cual tiene que ser desalojado hasta la roca fresca. Mientras se realizan estas tareas se puede seguir explotando el Nivel 2, cota 2865.

Una vez terminadas las tareas de preparación del Nivel 1, la cantera contará con dos frentes listos para la explotación.

Las vías de ingreso a cada uno de los niveles deben ser construidas a la par con el avance de las tareas de explotación.

Se debe evacuar todo el material estéril de sobrecarga a fin de tener listo para explotación el nivel 1, esto significa mover 98000 Ton de material en un tiempo máximo de 3 meses.

7.4. Tareas de explotación • Retiro del material de cobertura del Nivel 1, sector SE del frente de explotación.

• La explotación del Nivel 1 actualmente explotado debe continuar hasta que el Nivel 2 se encuentre listo para la explotación, una vez terminada las tareas de retiro de cobertura de la andesita.

• La explotación del Nivel 1 debe continuar a través de los bloques 1 hasta el 7, previamente diseñados para el nivel.

• El orden de explotación debe continuar desde el Nivel 1 hasta el Nivel 7, teniendo en cuenta las tareas de limpieza y diseño de las vías de acceso.

• Para cada uno de los niveles se debe seguir el orden de los bloques del 1 al 7.

• Se debe tener presente que dicha explotación está diseñada para una vida de la cantera de 11 años, tal vida útil se puede extender si se diseña y explotan las reservas del sector Este del área de estudio.

7.5. Detalle de explotación a corto plazo A continuación se detallan las labores mineras necesarias en la cantera a fin de culminar 1 año calendario de operaciones; se debe tener presente que a la par de las operaciones mineras, se deben realizar trabajos en la vía de acceso y realizar labores de limpieza de la sobrecarga de la zona Este de la cantera a fin de destapar las reservas en ese sector y aumentar la vida útil de la misma. Para empezar las operaciones mineras, se debe tener presente que se deben mantener las vías de acceso actuales y que se deben explotar los 2 primeros niveles a fin de tener listo todo para empezar a explotar los niveles inferiores siguientes. Para explotar los 2 niveles superiores y dejarlos en su diseño a mediano plazo, se debe sectorizar cada nivel en bloques de explotación que a continuación vamos a mostrarlos.

7.5.1. NIVEL 1. Desde 2885 a 2875. En este nivel se propone que sea el de arranque de los trabajos de explotación, se debe continuar el avance de la explotación en este frente a la par de empezar a explotar el Nivel 2 en la zona en que no existe sobreposición de ambos niveles, quedando el Nivel 2 listo para ser explotado cuando sea necesario. Cabe señalar que se debe primero nivelar el piso actual que se encuentra 1 m mas arriba de lo diseñado como se lo ha mencionado con anterioridad a fin de tener bien definido el final del Nivel 1. El área a explotar para retroceder la cresta de la cota superior de éste nivel (2885) es de 11.000 m2, lo que significa 242.400 Ton de mineral a explotar. Es necesario indicar que se han enumerado los bloques en este nivel y a continuación se van a indicar las operaciones mineras en ese sector en el nivel 1 (Fig. 8).

Fig. 8. Bloques del 23 al 39 en el Nivel 1

En la cota 2885 se van a realizar perforaciones de precorte a fin de perfilar el banco con el ángulo requerido hasta los 10 m, llegando a la cota 2875. Tal tarea debe hacer retroceder a la cresta del talud en aproximadamente 70 metros. El tiempo para evacuar el material removido es de 26 semanas (6 meses), durante dicho tiempo se debe empezar a perforar en el siguiente nivel además de destapar la sobrecarga. El material producto de la voladura debe depositarse en su mayoría en la cota 2875, y en ese nivel se debe proceder a realizar las operaciones de carga del mineral.

7.5.2. NIVEL 2. Desde 2875 a 2865. En este nivel se propone explotar hasta perfilar dicho nivel hasta el Diseño a Mediano Plazo propuesto en este trabajo. El área a explotar para retroceder la cresta de la cota superior de éste nivel (2875) es de 14.100 m2, lo que significa 310.000 Ton de mineral a explotar. Es necesario indicar que se han numerado los bloques en este nivel y a continuación se van a indicar las operaciones mineras en ese sector en el nivel 2 (Fig.9).

En la cota 2875 se deben realizar perforaciones de precorte a fin de perfilar el banco con el ángulo requerido hasta los 10 m, llegando a la cota 2865. Tal tarea debe hacer retroceder a la cresta del talud en aprox. 140 metros. El tiempo para evacuar el material removido es de 33 semanas (8 meses), durante dicho tiempo se debe empezar a perforar en el siguiente nivel además de destapar la sobrecarga. El material producto de la voladura debe depositarse en su mayoría en la cota 2875, en ese nivel se debe proceder a realizar las operaciones de carga del mineral.

Fig. 9. Bloques del 1 al 22 en el Nivel 2

8. Conclusiones y recomendaciones

El mineral que se explota en la cantera de estudio es roca andesítica, y como estéril se tienen rocas sedimentarias y andesitas meteorizadas; se espera una producción promedio mensual de 37.500 Ton (450.000 Ton anuales, dato del año 2005), es decir que se va a explotar las reservas probadas y su sobrecarga.

Las reservas de mineral por extraer calculadas en la Cantera son de 5"000.000 Ton. La explotación en la cantera es de arriba hacia abajo para así aprovechar la gravedad para remoción de material sucio y además poder controlar los taludes en forma más eficiente y segura. El tiempo de abandono estará dado por la capacidad de transporte y por la capacidad de procesamiento de la planta.

El volumen de mineral calculado está penalizado con un 20% aproximadamente a fin de ser conservadores al momento de calcular reservas en cuanto a variaciones del área promedio, pérdidas de mineral en la voladura y zonas de presencia de estériles.

Para el correcto diseño de una mina a cielo abierto se tiene que haber cubierto la etapa de investigación geológica, fruto de la cual se obtendrá el modelo del yacimiento con todas sus características litológicas y estructurales, que permitirán optimizar la geometría del hueco final y establecer la planificación de las labores, el control y previsión de la calidad de los minerales y, en suma, la rentabilidad del negocio.

Para la realización de la Planificación Minera de la cantera se realizó el diseño de 6 Niveles de Explotación, a la vez estos fueron segmentados por 8 perfiles topográficos, los mismos que dividen a los niveles en 7 bloques, todo esto define un total de 42 bloques independientes.

Las vías de acceso a la explotación se las ha propuesto en los lados Este y Oeste de la cantera a fin de ingresar la excavadora, tractor, los volquetes y la perforadora, perpendicular a la dirección del avance.

Las reservas estimadas en los frentes de explotación son las necesarias para satisfacer la demanda de la cantera para un periodo de aproximado de 11 años, tal vida útil se puede extender si se diseña y explotan las reservas del sector Este del área de estudio.

En la cresta superior de la cantera, existe un grave problema de estabilidad de dichas pendientes pues existen taludes de hasta 80º de inclinación.

Se debe emplear la perforación mecanizada del tipo de "perforación por banqueo", que es el mejor método para la voladura de rocas ya que dispone de un frente libre para la salida y proyección del material permitiendo una sistematización de las labores; tiene una sobreperforación de 1 m cada barreno. El transporte del material volado se lo debe realizar con volquetes convencionales debido a que la distancia de transporte es de aproximadamente 700 m.

El transporte del material debe realizarse desde la zona de explotación hacia la planta de trituración primaria, algunas de ellas van avanzando con los trabajos de explotación de los bloques; las pendientes de las vías no debe exceder del 10%, y estas pueden ser hechas con el material de cobertura.

A fin de realizar un correcto diseño de la mina, se deben programar los avances para poder perfilar los bancos finales en la cantera. Por ello se establece como cota base a la cota 2865, pues es el piso que se encuentra actualmente bien nivelado y será el punto de partida para el diseño.

Con la finalidad de minimizar las vibraciones durante las voladuras, éstas se deben controlar mediante los micro retardos de 75 milisegundos, de esta manera generará una secuencia de ondas más larga pero de menor amplitud.

El sitio de depósito del material de desalojo una vez colmatada su capacidad, deberá ser reforestado para recuperar el área, para su posterior uso como área verde.

Los frentes de explotación actuales de la cantera podrán ser utilizados como nuevos sitios de depósito de material de desalojo cuando las operaciones mineras terminen, ya que su configuración topográfica será la ideal para ser usado como depósito.

La Administración de la Cantera deberá realizar una planificación para un periodo mayor de tiempo, ya que ésta le permitirá estimar los siguientes bancos y reservas a explotar.

Como tareas adicionales a la planificación, la Administración de la Cantera deberá llevar un mantenimiento continuo de las vías de acarreo, para que no existan daños en la maquinaria de transporte, originando retrasos en los trabajos de explotación.

Se debe tener presente que a la par de las operaciones mineras, se deben realizar trabajos en la vía de acceso y realizar labores de limpieza de la sobrecarga de la zona Este de la cantera a fin de destapar las reservas en ese sector y aumentar la vida útil de la misma.

Para empezar las operaciones mineras, se debe tener presente que se deben mantener las vías de acceso actuales y que se deben explotar los 2 primeros niveles a fin de tener listo todo para empezar a explotar los niveles inferiores siguientes. Para explotar los 2 niveles superiores y dejarlos en su diseño a mediano plazo, se debe sectorizar cada nivel en bloques de explotación.

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[15]. LOBO MARANHAO RICARDO JORGE, Curso de Evaluación de Yacimientos Minerales, 1991.

[16]. M. REGUEIRO – BARROS Y M.

LOMBARDERO BARCELÓ, Innovaciones y Avances en el Sector de las Rocas y Minerales Industriales, España, 1996.

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Facultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra, Escuela Superior Politécnica del Litoral.

Campus Gustavo Galindo, Km 30.5 vía Perimetral, Apartado 09-01-5863. Guayaquil, Ecuador.

Autor:

Eduardo Recalde.

eduardorecalde[arroba]hotmail.com

Dr. Fernando Morante.

fmorante[arroba]espol.edu.ec