Chimeneas y buzones de carga en minería subterránea: colgaduras, parrillas y diseño

Chimeneas Mineras: Diseño y Capacidad

Las chimeneas mineras son estructuras fundamentales en el transporte de material. Al momento de su diseño, es crucial considerar su capacidad de almacenamiento. Si la capacidad inicial no es suficiente, se debe complementar con la construcción de tolvas o silos adicionales para asegurar un flujo continuo y eficiente.

Colgadura de una Chimenea (Formación de Arco)

Una colgadura, también conocida como formación de arco, ocurre cuando el material dentro de la chimenea se compacta y obstruye el flujo. Este fenómeno puede ser provocado por diversos factores:

• Distribución de tamaños de los fragmentos de roca.
• Tamaño máximo de los fragmentos.
• Forma de los fragmentos.
• Viscosidad de la roca.
• Presencia de material fino entre los fragmentos (colpas).
• Contenido de humedad del material.
• Efecto de trituración que sufre la roca al pasar por la chimenea.

El material fino, en particular, puede generar compactación en las paredes de la chimenea, produciendo el enyampamiento (una disminución de la sección transversal de la chimenea), lo que agrava la obstrucción.

Caseroneo: Aumento de la Sección de la Chimenea

El caseroneo se refiere al aumento del tamaño de la chimenea debido a la erosión o desprendimientos de roca. Si bien puede ser beneficioso en ciertos casos de erosión controlada, un caseroneo excesivo puede llevar a la pérdida completa de la chimenea, comprometiendo la seguridad y la operación.

Estrategias para la Solución de Colgaduras

Existen diversas estrategias para resolver las colgaduras en chimeneas, dependiendo de su ubicación y características:

• Acceso Directo: Si la colgadura se encuentra a corta distancia del buzón, permitiendo el acceso con una vara (o coligüe) para la colocación de explosivos. Esta técnica es muy peligrosa y debe ser realizada con extrema precaución y personal especializado.
• Perforación Coyote: Cuando la obstrucción está lejos del buzón, se recurre a la perforación coyote. Esta técnica implica perforar de forma exploratoria para localizar el material compactado e inducir explosivos que permitan descolgarlo. Es un método muy costoso.
• Chimenea Adicional: La construcción de una chimenea adicional con comunicación directa a la chimenea de traspaso principal puede ofrecer una vía alternativa para el flujo de material.
• Aumento del Diámetro: Al aumentar el diámetro de la chimenea en la zona afectada, el arco de material pierde resistencia, facilitando su desprendimiento.

Parrillas (Grizzlies): Control de Granulometría

Las parrillas, también conocidas como grizzlies, son elementos esenciales diseñados para retener el material de tamaño indeseable que podría obstaculizar el funcionamiento de la chimenea. Se componen de barras metálicas separadas entre sí, permitiendo que solo el material con la granulometría adecuada pase a través de ellas, garantizando un flujo libre en la chimenea. El material de sobretamaño queda retenido para ser apartado o reducido sobre la misma parrilla.

Para evitar la acumulación de material en un rincón y asegurar una operación eficiente, la parrilla debe tener una inclinación adecuada.

Buzones de Carga: Regulación y Descarga de Material

Los buzones de carga cumplen funciones críticas de regulación del flujo de material, actuando como una válvula de descarga controlada.

Características y Funcionamiento

Están conformados principalmente por partes metálicas robustas. El sistema de accionamiento puede ser por aire comprimido (neumático) o hidráulico, dependiendo de la capacidad y los requerimientos operativos. El buzón debe ser capaz de abrirse y cerrarse de manera eficiente cuando sea necesario, y su descarga debe realizarse siempre sobre un equipo de transporte (por ejemplo, camiones o correas transportadoras).

Es fundamental que el diseño del buzón permita el paso del material sin obstáculos, cumpliendo con las condiciones de diseño específicas. Sus dimensiones son clave para asegurar la compatibilidad con el sistema de transporte y la granulometría del material. El objetivo principal es lograr una operación simple, de bajo costo, sin riesgos para el personal y de alto rendimiento.

Para proteger el buzón del impacto y la energía del material descendente, se suele generar un quiebre en la chimenea justo antes del buzón. Este ángulo de quiebre, típicamente entre 30° y 50°, reduce la velocidad y la energía con la que el material impacta el buzón, minimizando el desgaste y los daños.

Consideraciones para el Diseño del Buzón

El diseño óptimo de un buzón de carga considera múltiples factores:

• Estrechamiento: La configuración de la sección de descarga.
• Altura de Descarga: La distancia vertical desde la salida del buzón hasta el equipo de transporte.
• Granulometría y Condiciones del Material: Incluyendo la proporción de finos y gruesos, el contenido de humedad y la mineralogía del material.

Componentes del Buzón de Carga

Un buzón de carga se compone de tres tipos principales de elementos:

Elementos Fijos

Son aquellos que se encuentran anclados directamente a la roca o a la estructura principal, proporcionando estabilidad y soporte. Ejemplos incluyen:

• La estructura de soporte principal.
• La tolva de recepción.
• La estructura de soporte general.

Elementos Móviles

Forman parte de la estructura del buzón y son accionados por cilindros hidráulicos o neumáticos para controlar el flujo de material. Ejemplos son:

• Cortinas de cadenas.
• La boca de descarga (compuerta).

Unidad de Fuerza

Es el sistema que proporciona la energía para accionar los cilindros (hidráulicos o neumáticos), los semáforos de señalización y el sistema de ventilación exterior. Generalmente, esta unidad se ubica en una galería o sala lateral adyacente al sistema del buzón.

Dimensiones Típicas y Rendimiento

Un buzón de carga típico puede tener dimensiones aproximadas de 10 metros de alto, 20 metros de largo y 8 metros de ancho.

Estos sistemas son altamente eficientes, permitiendo una descarga rápida; por ejemplo, 30 toneladas en aproximadamente 18 segundos.

Costo de Implementación

El costo de creación e implementación de un buzón de carga puede variar significativamente, oscilando entre 50,000 y 130,000 USD, dependiendo de la complejidad del diseño, los materiales y la capacidad requerida.