Optimización del Diseño Minero Subterránea: Puntos de Extracción y Embudos

Principios Fundamentales en el Diseño de Explotaciones Mineras Subterráneas

El diseño y la ingeniería de explotaciones mineras subterráneas requieren la consideración de múltiples factores críticos para garantizar la eficiencia, seguridad y rentabilidad. A continuación, se detallan aspectos clave a tener en cuenta:

Factores Clave en el Diseño de Labores Mineras

Orientación de los Puntos de Extracción

La orientación de los puntos de extracción se define en función de la distribución de los esfuerzos geomecánicos. Esto permite determinar la disposición y orientación óptima de los puntos de extracción, con el fin de garantizar la estabilidad de las labores. Adicionalmente, es crucial considerar el sentido del transporte secundario para optimizar el flujo de material.

Tonelaje a Traspasar en un Punto de Extracción

La cantidad de tonelaje a manejar por cada punto de extracción es un factor determinante. Una gran cantidad de tonelaje con pocos puntos de carguío acelerará el desgaste de estos. Por lo tanto, a mayor tonelaje a manejar, mayor debe ser la cantidad de puntos de extracción. La vida útil de estos puntos dependerá de las características propias de la roca, del diseño implementado y de la operación. Este factor puede parecer contradictorio con el factor de seguridad (GS) y el ancho de los pilares, pero es fundamental aplicar criterios de decisión bien fundamentados.

Armonía en el Diseño de la Obra

La materialización del diseño en terreno debe ser visualmente armónica y funcional. Si el diseño no se percibe como tal, es probable que no esté bien concebido o que presente deficiencias. Las consecuencias de un diseño deficiente pueden variar desde la inhabilitación de sectores productivos hasta el colapso general de la explotación, comprometiendo la seguridad y la producción.

Capacidad de Carguío y Transporte

Es imperativo garantizar la utilización de equipos de carguío y transporte que sean acordes a la producción esperada de cada sector de la mina. Esta consideración se verá directamente reflejada en el diseño de las labores, asegurando un flujo de material eficiente y continuo.

Capacidad de Reducción Secundaria

El material con sobretamaño puede dificultar su manejo e interrumpir las actividades, reduciendo el rendimiento de los equipos y del sector, y comprometiendo la producción del período. Por ello, es esencial considerar e implementar alguna forma de controlar esta situación, como la reducción secundaria de material.

Minimización del Desarrollo

El diseño de las excavaciones debe considerar el dimensionamiento adecuado de cada una de ellas, con el objetivo de minimizar los costos involucrados en el desarrollo y asegurar la eficiencia operativa. Un diseño optimizado reduce la necesidad de excavaciones innecesarias.

Condiciones de Seguridad

Uno de los factores más importantes a considerar son aquellos relacionados con la seguridad. Esto incluye tanto la estabilidad de las labores mineras como la creación de un ambiente de trabajo seguro para todo el personal.

Diseño y Construcción de Embudos en Minería Subterránea

Los embudos son elementos cruciales en la minería subterránea, diseñados para recepcionar el material fragmentado y facilitar su posterior carguío. Generalmente, este material debe someterse a un control granulométrico antes de ser traspasado.

Características de los Embudos

Un embudo típicamente tiene forma de tronco de cono invertido. Termina en su parte inferior en una chimenea de pequeña sección, que oscila entre 4 y 8 metros cuadrados. Su manto presenta una inclinación de 45° a 60° respecto a la vertical. El diámetro del embudo depende de varios factores, incluyendo el tipo de roca, la técnica constructiva empleada y las dimensiones del área a recubrir. Un mayor diámetro del embudo implica un puente de protección más grande, lo que a su vez ofrece una mayor protección a la galería base.

Proceso de Construcción de Embudos

La construcción de embudos sigue una secuencia específica:

• Desarrollo de la galería de producción y la estocada de carguío o buitra.
• Desarrollo de una chimenea de pequeña sección a partir de la galería anterior.
• La ubicación de esta chimenea depende de la forma en que se vaya a desquinchar el embudo.
• Se prefiere una chimenea vertical, centrada respecto al volumen que ocupará el embudo.
• El diámetro de la chimenea suele ser de 1.5 a 1.8 metros.

Transición de Embudo a Zanja

Los sistemas de zanja se construyen directamente sobre el techo de la galería con ángulos de escurrimiento mayores a 45°, diseñados para disipar parte de la energía potencial de la caída del material. El principal desafío de este diseño es el caseroneo que se produce por desgaste y la eventual conexión a la galería. Aunque otorga seguridad para el paso de personal, presenta problemas en el abastecimiento de materiales. Su perforación es típicamente manual y ascendente.

Importancia del Pilar de Protección y Control Granulométrico

A medida que se produce el escurrimiento superior del quiebre, también se desgasta el material circundante. De ahí la importancia crítica del pilar de protección. Debido a la necesidad de control granulométrico, es común recurrir al uso de parrillas en la boca superior del traspaso. Es fundamental que el ángulo de talud solo cubra aproximadamente un 30% del área del piso. Al desgastarse el punto de extracción (punto A), aumenta el ángulo de talud, se incrementa el área del piso cubierta y se produce un desgaste progresivo del pilar de protección de la galería, lo que puede comprometer la estabilidad.

Evolución del Diseño: De Labores Verticales a Horizontales y el Block Caving Mecanizado

El desarrollo de labores horizontales presenta ventajas significativas sobre el desarrollo de labores verticales, lo que llevó a la conceptualización y adopción del punto de extracción. Este enfoque comenzó a utilizar el concepto de perforación desde un nivel superior, manteniendo el diseño básico del embudo. La introducción de maquinaria en la base de los caserones marcó la base del Block Caving Mecanizado, una técnica que ha revolucionado la minería masiva.

Innovación y Mecanización en la Minería Moderna

La minería actual demanda un aumento constante de la creatividad innovadora y una mayor mecanización. Esto es esencial para disminuir los tiempos de preparación de las labores y optimizar las operaciones unitarias. En este contexto, se observa la coexistencia de una galería de embudos que puede perderse con el avance de la explotación y una galería de transporte principal, reflejando la complejidad y la evolución de los sistemas mineros.