Rellenos en mineria para minería subterranea PDF

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IntroducciónEl relleno de los tajos tiene la función de recuperar la estabilidad perdida del macizo rocoso, como producto de la extracción del mineral valioso. De tal manera se mantiene una estabilidad adecuada que permita continuar con la explotación. En el presente trabajo se describirá los princi...

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Introducción El relleno de los tajos tiene la función de recuperar la estabilidad perdida del macizo rocoso, como producto de la extracción del mineral valioso. De tal manera se mantiene una estabilidad adecuada que permita continuar con la explotación. En el presente trabajo se describirá los principales tipos de rellenados de tajos así como los componentes que conforman dicho relleno. La elección del tipo de relleno se ve orientada a la utilización de los materiales que salen de mina provenientes de zonas de acceso (desmonte) y al aprovechamiento de los relaves, producto de los procesos metalúrgicos, disminuyendo de esta manera el impacto ambiental generado, así como dar velocidad al ciclo de minado, minimizar los accidentes por exposición en zonas de aberturas y estallido de rocas, reducir costos en la explotación buscando un adecuado sistema de relleno. El relleno se define como material que sustituye al mineral arrancado en los métodos de explotación, principalmente en los métodos de corte y relleno. El relleno es un material que esta constituido por una variada granulometría, podemos encontrar partículas de varios centímetros hasta los micrones. Los materiales deben de ser de fácil adquisición (costo, disponibilidad y cercanía) Funciones geo mecánicas

Protege la superficie exterior de hundimientos rápidos y excesivos Reduce la presión del terreno y protege las excavaciones

PROPIEDAD

RELLENO DE ROCA

Si y no Baja

RELLENO HIDRAULICO 60-73% sólido Sondajes, cañerías a través de gravedad Si y no Alta

ESTADO SISTEMA DE TRANSPORTE CEMENTO RAZON AGUA/CEMENTO VELOCIDAD DE DEPOSITACION SEGREGACION

Seco Chimenea, equipo

100-400 ton/h

100-200 ton/h

En la pila se produce reduciendo su resistencia y rigidez

Se produce segregación lo cual induce baja resistencia Baja

RIGIDEZ

Alta si se instala adecuadamente

CONTACTO CON LAS PAREDES

Difícil

No se puede

RELLENO TIPO PASTA 65-85% sólido Sondajes, cañerías a través de gravedad Si Baja dependiendo de las especificaciones 50-200 ton/h No existe segregación

Baja a alta dependiendo de la composición Fácil para ajustar a paredes

Objetivos 

Conocer los componentes del relleno, parámetros a tener en cuenta en la preparación, características y su aplicación en los diferentes tipos de relleno.

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Dar a conocer las minas más importantes que utilizan los diferentes tipos de relleno y que resultados obtienen al aplicar estos tipos de relleno.



Conocer las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de relleno dependiendo de la geomecánica que presenta cada mina.



Conocer los logros que se obtuvieron al aplicar determinado tipo de relleno sobre todo en la eficiencia, seguridad y economía.

Importancia

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Piso de perforación para explotar con el método de corte y relleno (Cut and fill). Relleno de tajeos vacios para explotar con el método SLS. Pared autoestable para explotar tajos secundarios en el método SLS, cámara y pilares. Techo seguro para explotar tajeos con el método UCF. Además un relleno en minería subterránea debe cumplir 2 propósitos básicos: 1. Dar estabilidad a las rocas, evitar el movimiento y caídas de rocas 2. Proveer una plataforma de trabajo (en algunos métodos de explotación sirve de techo), mientras mejor cumpla esta propósito mejor será el relleno. Toda cavidad abierta en mina debe ser rellenada para recuperar el equilibrio geomecánico del macizo rocoso.

TIPOS DE RELLENO En la industria minera, se utilizan distintos tipos de relleno de acuerdo al tipo de sólido (estéril de mina, gravas, relaves), del contenido de agua, y del contenido de aditivos que se agregan para generar el relleno. Se pueden clasificar en:

1. Auto relleno 2. El relleno seco o “Dry fill” 3. Detrítico 4. Hidráulico 5. Hidráulico poderosa 6. Hidráulico cementado 7. Cementado 8. Tipo Andaychagua 9. En pasta 10. Relleno compuesto

AutoRelleno: Procedente de la desagregación de los cuerpos. Material inutilizable, desperdicio, es el material que se utiliza para rellenar los espacios vacíos producto de la extracción del mineral económico de las labores y evitar las caídas del techo o cajas y para contar con un piso de trabajo apropiado en las mismas. Características

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Su preparación requiere muchas veces el uso de taladros y explosivos aunque puede ser con la ayuda de rastrillos, palas mecánicas, tractores entre otros. Es netamente ascendente Se realiza cuando no se tiene otro tipo de relleno o cuando las condiciones del tajo lo permitan

Este método se utiliza en: Vetas angostas: Cuando varían desde 0.3 a 0.5 m. Se utiliza el método de circado, extracción selectiva del mineral, reduciendo el costo de procesamiento. Consiste en realizar una primera perforación solo veta a fin de extraer el mineral y luego realizar una segunda perforación y voladura en la caja techo a fin de obtener relleno para el tajo y brindar un ancho de labor adecuado conservado de esta manera la accesibilidad y avance de minado.

Vetas potentes: se utiliza el método hueco de perro la cual consiste realizar una labor de franqueo en el techo del bloque lo cual será en estéril y nos proveerá de caja para el relleno en el mismo sitio, dicha labor no es muy grande y las dimensiones dependen en mucha medida de la dureza del techo y la gran ventaja que se obtiene es que no necesitamos ningún mecanismo para transportar el material ya que se aprovechara la gravedad, esto significa que se va a franquear con una inclinación que permita aprovechar esta ventaja

Relleno seco o “Dry fill”, también conocido como “Rock fill”, corresponde a un relleno que no contiene agua, y los materiales son variados, entre los que destacan: el lastre que produce la actividad minera, grava natural de río, ripios producto del proceso de lixiviación, y escoria producto de procesos pirometalúrgicos. Es bastante económico, ya que no requiere ningún aditivo. Su uso es simple, solo se deposita en las cavidades en donde se necesita, generalmente mediante camiones. Su objetivo es soportar las paredes de los caserones (no permite extraer caserón adyacente), además de reducir la cantidad de estéril en superficie. Este tipo de relleno se observa en casos de banqueo y relleno

Relleno Detrítico 

Características:

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El material detrítico debe tener las siguientes características:

Es netamente ascendente. Su preparación requiere a veces el uso de taladros y explosivos aunque puede ser con la ayuda de rastrillos, palas mecánicas, tractores, entre otros.

No debe adherirse a los dispositivos de transporte (control del grado de humedad) La producción de polvo no debe afectar al ambiente de trabajo (control de humedad) Su granulometría debe ser tal que no permita los espacios o poros entre los trozos y facilite el “empaquetado” de las cajas Debe tener un peso específico tal que permita la compresión del material por su propio peso

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Coeficiente de compresibilidad:

En material detrítico es el mismo que en términos generales: 0.7. Este coeficiente es mayormente debido a la humedad, granulometría, etc. Este valor de 0.7 significa que en realidad, 1m3 del material de relleno introducido a la labor, luego de asentarse por peso propio, solo ocupara en espacio de 0.7 m3 de dicho espacio inicial.

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Usos:

En método de explotación corte y relleno (convencional o mecanizado) Relleno de tajos vacíos como producto de métodos de explotación (Shirinkage, sub level stoping, cámaras y pilares) Relleno de tajos: Plastear al tapon Instalar los winches (para acelerar el ciclo, uno para mineral y otro para relleno) Jalar el relleno Emparejado de relleno y colocaci on de protección (tendido de tablas a lo largo y ancho de la labor)

Protección en el rellenado para evitar la mezcla del relleno con el mineral (fragmentos finos)

Ventajas:

-

El material requerido es de fácil adquisición El costo del material requerido es económico El material no requiere pasar por un proceso complejo de selección Su aplicación no requiere de conocimientos sofisticados, se puede decir que es un método sencillo

Desventajas:



El proceso de aplicación consume demasiado tiempo del personal La superficie de trabajo que resulta de este relleno, en la mayoría de casos, no es regular, esto genera mayor dilución del mineral Su aplicación en grandes espacios vacios no es viable por lo que es un método principalmente destinado a espacios medios y pequeños Por la consistencia del material no es apta su utilización en zonas con gran presencia de agua Relleno detrítico o Convencional

También llamado rocoso al material generalmente procedente de las labores mineras subterráneas excavadas en terreno estéril. Es el material que se utiliza para rellenar los espacios vacios producto de la extracción del mineral económico de las labores y evitas las caídas del techo para contar con un piso de trabajo apropiado en las mismas Obtención del relleno detrítico En el interior mina: De las cajas (hueco de perro)

De tajeos antiguos rellenados De labores que se apertura para obtención de este material De la superficie Escombros de tajo abierto Material detrítico de faldas de cerro Desventajas: Permite la pérdida del mineral económico roto en la limpieza final (fragmentos finos, aquellos con una granulometría menor a la deseada) o lo diluye en gran porcentaje (al mezclarse con el relleno) No siempre es posible “empaquetar convenientemente” las cajas. Deja generalmente un piso irregular tanto a lo largo de la zona rellenada como transversalmente, por la presencia de bancos, dificultando o impidiendo el trabajo de equipos motorizados sobre neumáticos. La distribución del relleno en el tajeo es muy laborioso, llegando a consumir hasta un 30% del tiempo del personal del tajeo. Este método es aplicado en la unidad minera EL Cofre Ubicación: La Unidad Minera El Cofre se encuentra ubicada en el flanco oriental de la Cordillera Occidental de los Andes, en el distrito de Paratía, Provincia de Lampa, Departamento de Puno. Geologia: La Unidad Minera El Cofre está ubicada dentro de la franja volcánica terciaria de la cordillera occidental del sureste peruano Descripción de la Mina El Cofre

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Producción Mensual: 10 500 TMS Capacidad instalada de Planta: 350 TMD Método de Minado : Corte Relleno Ascendente Tipo de Relleno : Detrítico – Cantera Superficie Tipo de Ventilación : Natural Equipos: Scooptram (1,25 Yd3), Winches Eléctricos (25 HP), Palas Cavo, Locomotoras de 5 y 2 toneladas. Empresas Especializadas : Tres Total de Trabajadores : 390

Rellenos hidráulicos: Son los mas usados actualmente en minería de cut and fill El diseño consiste en encontrar una curva granulométrica de arena o material de relave que junto a una cantidad de agua se comporte como una pulpa de fácil manejo a través de cañerías y ductos de vaciado. Los parámetros a considerar en el diseño de la curva granulométrica a ser utilizada en la pulpa debe considerar lo siguiente: El tamaño máximo y su volumen de material grueso que puede ser transportado sobre la velocidad critican de transporte El tamaño mínimo y su volumen que permitirán un drenaje adecuado Curva granulométrica para rellenos hidráulicos •

Partículas de mayor tamaño son difíciles de mantener en suspensión aún cuando se transporte a velocidades sobre la crítica

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También las partículas de mayor tamaño aumentan el desgaste de los ductos de transporte exponencialmente

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La fracción de material fino influirá en la velocidad a la cual se puede drenar la pulpa para vaciar el exceso de agua.

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La velocidad de drenaje del exceso de agua debería ser no menor a 2.5 cm/hr

•

La cantidad máxima de finos para evitar licuefacción producto de potenciales cargas dinámicas es de 8% en peso de material bajo 20 micrones u 800 mallas.

Utilización de rellenos hidráulicos •

Se utilizan en cut and fill convencional u overhang cut and fill

•

En algunos casos se utiliza equipos de drenaje especial para acelerar el proceso de percolación el cual resulta ser la etapa crítica del proceso productivo

•

Se debe cuidar el evitar la remoción de la porción fina del material producto del drenaje rápido de agua.

•

La velocidad de transporte de la pulpa debería estar en el rango 1.3-1.7 m/s

Resistencia de los rellenos hidraúlicos

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El ángulo de fricción aparente depende de la angularidad de los fragmentos de arena y su compactación

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El índice de huecos de rellenos hidráulicos es del orden de 70%. Lo cual implica una densidad de 1.6.

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El ángulo de fricción de falla es de 37 grados

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No se considera cohesión ya que es arena suelta. Sin embargo en realidad como la arena está húmeda se cohesión aparente debido a la succión producida en los poros y capilares

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En estas condiciones la altura máxima de relleno que se puede mantener estable es de 3-4 m

Parámetros:

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Para aumentar la cohesión del relleno se incorpora cemento en la pulpa de modo de mejorar sus condiciones de resistencia

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La resistencia de un relleno con cemento está dada como función del contenido de cemento y el tiempo de curado por la siguiente relación

σ c= A+ BC 2 logt KPa A=30 B=5

Resistencia de relleno de roca cementada (CRF) •

Se incorporan rocas estériles a los rellenos hidráulicos de modo de disminuir las cantidades de cemento y arena a utilizar.

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Generalmente presentan una mayor resistencia dada sus características constructivas

•

CRF varian en su cantidad de cemento en peso de 4-8%

•

La relación empírica para el cálculo de resistencia a la compresión (1-11 MPa) está dada por:

σ c=αC v2 . 65 MPa

Relleno hidraúlico con cemento 8% Relleno hidraúlico con cemento 8% y roca

Comportamiento de Relleno con Rocas con Cemento

Segregación en rellenos de Roca Cementados •

Segregación de los componentes –

Roca

c (MPa) p 0.22 0.6

35 35.4

E (MPa) 285 280

•

–

Cemento

–

Arena

Se generan áreas de alta porosidad que tienden a tener un bajo contenido de cemento

Efecto de la rigidez del relleno en el comportamiento del pilar •

La rigidez del relleno cambia las propiedades constitutivas del pilar minero pasando de plástico a frágil plástico •

Un relleno rígido genera un esfuerzo lateral mayor y aumenta la resistencia post falla

Hidráulico Es el material solido (relave, arena, material detrítico seleccionados y menores de 2.5 mm promedio y cemento en determinados casos) El Relleno Hidráulico es una alternativa para rellenar los tajos explotados por el método de Corte y Relleno ascendente; esta alternativa empleada en el Perú desde mediados de la década de los años 60, se introdujo con la finalidad de incrementar la productividad, mas no con fines ecológicos. El Relleno Hidráulico, que es más eficiente que el Relleno Neumático, el Relleno Hidroneumático y el recientemente introducido Relleno en Pasta Se denomina relleno hidráulico o “Hydraulic fill” a los rellenos que son transportado como un lodo de alta densidad, a través de perforaciones o tuberías hacia labores subterráneas. El relleno hidráulico es preparado con los relaves espesados y deslamados, en donde el tamaño máximo de partícula es 1 [mm] y el contenido de las partículas finas menores a 10 [µm] no debe ser mayor a un 10% de la masa total del relave. Este relleno requiere un porcentaje de sólidos en peso máximo igual a 70%. Al igual que el relleno seco, es relativamente económico, sin embargo, es necesario tener cuidado al momento de depositarlo, ya que pueden existir problemas de seguridad por su alto contenido de agua, esto con respecto a la permeabilidad, drenaje, licuefacción, etc. Aplicaciones:

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Controlar y prevenir incendios en minas Estabilizar el macizo rocoso en las minas, reduciendo la posibilidad de estallidos de roca Evitar o minimizar la subsidencia Proveer una plataforma de trabajo Evitar el movimiento y caída de rocas Facilitar la recuperación de pilares

Densidad de pulpa

Características:

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La adopción de este sistema de relleno conlleva efectuar una evaluación técnica y económica Este tipo de transporte es por gravedad o con el auxilio de bombas El transporte hidráulico por tuberías es económico, veloz y eficiente que cualquier otro medio En el tajo, este relleno en forma de pulpa tiende a buscar su nivel, no siendo necesario el auxilio manual o mecánico

Utilización

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Se utiliza en corte y relleno convencional o en “overhang cut and fill” En algunos casos se utiliza equipos de drenaje especial para acelerar el proceso de percolación, el cual resulta ser la etapa crítica del proceso productivo Se debe cuidar el evitar la remoción de la porción fina del material producto del drenaje rápido de agua La velocidad de transporte de la pulpa debería estar en el rango de 1.3 -1.7 m/s

Requisitos:

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Se utiliza el relave desechado por la planta concentradora para ciclonear a fin de pasar las arenillas del relave El material solido no debe reaccionar en ninguna forma con el agua El tamaño de las partículas debe ser tal que se puede transportar en tuberías

Ventajas:

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El material requerido es de fácil adquisición El costo del material requerido es económico El material no requiere pasar por un complejo proceso de selección Su aplicación no requiere de conocimientos sofisticados, se puede decir que es un método sencillo

Desventajas:

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El proceso de aplicación consume demasiado tiempo del personal La superficie de trabajo que resulta de la aplicación de este relleno en la mayoría de los casos no es regular, esto genera mayor dilución del mineral Su aplicación en grandes espacios no es viable por lo que es un método destinado principalmente a espacios medios a bajos Por la consistencia del material, no es apta su utilización en zonas con gran presencia de agua

 Etapas de la aplicación del relleno hidráulico

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Primera: es la preparación granulométrica del material de relleno. El flujo de colas proveniente de la planta concentradora, se recepciona en los ciclones de la planta de relleno hidráulico, donde se clasifica el material granulométricamente. El material grueso (under-flow) es almacenado en el tanque o en el muro, mientras que los finos (over-flow) se almacena en la cancha de relaves. Segunda fase: transporte de materiales de relleno a los depósitos de almacenamiento secundario Tercera fase: rellenado de los tajeos. La mezcla de relave con agua es transportada desde los tanques de almacenamiento a los tajeos por medio de tuberías de acuerdo a la necesidad

Hidráulico poderosa Como inciso se puede mencionar a la compañía minera Poderosa, la cual tiene cierto grado de diferencia en el uso de su relleno hidráulico, cuya principal característica es que utiliza como agregados parte del desmonte producto de las labores de avance o en algunos casos este es proveniente de canteras de arena de supe...