Minería subterránea de roca dura

Un diagrama 3D de una moderna mina subterránea con acceso al eje

Minería subterránea de roca dura se refiere a diversas técnicas de minería subterránea utilizadas para excavar "duro" minerales, generalmente los que contienen metales, como el oro, la plata, el hierro, el cobre, el zinc, el níquel, el estaño y el plomo. También implica las mismas técnicas utilizadas para excavar minerales de gemas, como diamantes y rubíes. La minería de roca blanda se refiere a la excavación de minerales más blandos, como la sal, el carbón y las arenas petrolíferas.

Acceso a la mina

Acceso subterráneo

Se puede acceder al mineral subterráneo a través de una pendiente (rampa), un pozo vertical inclinado o un socavón.

Portal de Decline

• Declines puede ser un túnel espiral que circunda el flanco del depósito o círculos alrededor del depósito. La caída comienza con un corte de caja, que es el portal a la superficie. Dependiendo de la cantidad de sobrecarga y la calidad de la roca base, se puede exigir un culpable de acero galvanizado con fines de seguridad. También pueden iniciarse en la pared de una mina cortada abierta.
• Robos son excavaciones verticales hundidas adyacentes a un cuerpo de mineral. Los movimientos son hundidos para cuerpos de mineral donde el transporte a la superficie a través de camión no es económico. El transporte a tierra es más económico que el transporte de camiones a profundidad, y una mina puede tener un descenso y una rampa.
• Adits son excavaciones horizontales en el lado de una colina o montaña. Los adhesivos se utilizan para cuerpos de mineral horizontales o casi horizontales donde no hay necesidad de una rampa o eje.

Las declinaciones a menudo se inician desde el lado de la pared alta de una mina a cielo abierto cuando el cuerpo de mineral tiene una ley pagable suficiente para respaldar una operación de minería subterránea, pero la relación de extracción se ha vuelto demasiado alta para admitir métodos de extracción a cielo abierto.. También se construyen y mantienen a menudo como un acceso de seguridad de emergencia desde las obras subterráneas y un medio para mover grandes equipos a las obras.

Acceso al mineral

Los niveles se excavan horizontalmente fuera de la pendiente o pozo para acceder al cuerpo de mineral. Luego se excavan rebajes perpendiculares (o casi perpendiculares) al nivel del mineral.

Minería de desarrollo versus minería de producción

Hay dos fases principales de minería subterránea: minería de desarrollo y minería de producción.

La minería de desarrollo se compone de excavaciones casi en su totalidad en roca estéril (no valiosa) para poder acceder al yacimiento. Hay seis pasos en la minería de desarrollo: eliminar el material previamente volado (retirar el estiércol), escalar (eliminar cualquier losa de roca inestable que cuelgue del techo y las paredes laterales para proteger a los trabajadores y al equipo de daños), instalar soporte o refuerzo con hormigón proyectado, etc., perforar rocas frontales, cargar explosivos y explotar explosivos. Para iniciar la minería, el primer paso es hacer el camino para bajar. La ruta se define como 'Rechazar' como se describe arriba. Antes del comienzo de un declive, se requiere toda la planificación previa de la instalación de energía, arreglo de perforación, drenaje, ventilación e instalaciones de extracción de estiércol.

La minería de producción se divide en dos métodos, pozo largo y pozo corto. La minería de pozos cortos es similar a la minería de desarrollo, excepto que ocurre en el mineral. Hay varios métodos diferentes de minería de pozo largo. Por lo general, la minería de pozo largo requiere dos excavaciones dentro del mineral a diferentes elevaciones debajo de la superficie (15 m - 30 m de distancia). Se perforan agujeros entre las dos excavaciones y se cargan con explosivos. Los pozos se explotan y el mineral se extrae de la excavación del fondo.

Ventilación

Puerta para la ventilación en una antigua mina de plomo. La tolva de mineral en la parte delantera no es parte de la 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 que se crean a partir de actividades de perforación y voladura (p. ej., polvo de sílice, NOx), equipos diésel (p. ej., partículas diésel, monóxido de carbono) o para protegerse contra gases que se encuentran de forma natural. que emana de la roca (por ejemplo, gas radón). La ventilación también se utiliza para controlar las temperaturas subterráneas para los trabajadores. En minas calientes y profundas, se utiliza ventilación para enfriar el lugar de trabajo; sin embargo, en lugares muy fríos, el aire se calienta justo por encima del punto de congelación antes de ingresar a la mina. Las elevaciones de ventilación generalmente se usan para transferir la ventilación de la superficie a los lugares de trabajo y se pueden modificar para usarlas 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 fisura. Otros pequeños factores que contribuyen son el calor del cuerpo humano y las explosiones.

Apoyo en tierra

Se requieren algunos medios de soporte para mantener la estabilidad de las aberturas que se excavan. Este apoyo viene en dos formas; soporte local y soporte de área.

Apoyo terrestre del área

El soporte de tierra del área se utiliza para evitar fallas importantes en la tierra. Se taladran agujeros en la parte posterior (techo) y las paredes y se instala una barra de acero larga (o perno de roca) para mantener unido el suelo. Hay tres categorías de pernos de roca, que se diferencian por la forma en que se acoplan a la roca huésped. Son:

Tornillos mecánicos

• Pernos de anclaje de punto (o contornos de expansión) son un estilo común de soporte terrestre de área. Un perno de anclaje de punto es una barra de metal entre 20 mm – 25 mm de diámetro, y entre 1 m – 4 m de largo (el tamaño es determinado por el departamento de ingeniería de la mina). Hay una cáscara de expansión al final del perno que se inserta en el agujero. A medida que el perno está apretado por el taladro de instalación se expande la cáscara de expansión y el perno apreta la sujeción de la roca juntos. Los pernos mecánicos son considerados soporte temporal, ya que su vida útil se reduce por la corrosión ya que no están llenos.

Pernos cementados

• Resin grouted rebar se utiliza en áreas que requieren más soporte que un anclaje de punto puede dar. El rebar utilizado es de tamaño similar como un perno de anclaje de punto pero no tiene una cáscara de expansión. Una vez que se perfora el agujero para la barra, se instalan cartuchos de resina de poliéster en el agujero. El perno de rebar se instala después de la resina y se lanza por el taladro de instalación. Esto abre el cartucho de resina y lo mezcla. Una vez que la resina se endurece, el taladro girando endurece el perno rebar que sostiene la roca juntos. Resina rebar es considerado un soporte permanente de tierra con una vida útil de 20 a 30 años.
• Pernos de cable se utilizan para atar grandes masas de roca en la pared colgante y alrededor de grandes excavaciones. Los pernos de cable son mucho más grandes que los pernos de roca estándar y la barra, generalmente entre 10–25 metros de largo. Los pernos de cable están llenos de cemento.

Pernos de fricción

• Estabilizador de fricción (frecuentemente llamada por la marca genérica Set de división) son mucho más fáciles de instalar que pernos mecánicos o pernos grouted. El perno está clavado en el agujero de perforación, que tiene un diámetro menor que el perno. La presión del perno en la pared mantiene la roca juntas. Los estabilizadores de fricción son particularmente susceptibles a la corrosión y al oxidado del agua a menos que estén llenos. Una vez engordado la fricción aumenta por un factor de 3-4.
• Swellex es similar a los estabilizadores de fricción, excepto el diámetro del perno es más pequeño que el diámetro del agujero. El agua de alta presión se inyecta en el perno para expandir el diámetro del perno para mantener la roca juntos. Como el estabilizador de fricción, swellex está mal protegido de la corrosión y la oxidación.

Apoyo terrestre local

El apoyo del suelo local se utiliza para evitar que caigan rocas más pequeñas desde la parte posterior y las costillas. No todas las excavaciones requieren apoyo local del terreno.

• Mesh de alambre soldado es una pantalla metálica con aberturas de 10 cm x 10 cm (4 pulgadas). La malla se mantiene en la parte posterior utilizando pernos anclados de punto o rebar de resina.
• Shotcrete es el hormigón rociado reforzado con fibra que cubre la espalda y las costillas evitando que las rocas más pequeñas caigan. El espesor del tacto puede ser de 50 mm a 100 mm.
• Latex Membranes se puede pulverizar en las espaldas y costillas similares a la cripta, pero en cantidades más pequeñas.

Rebaje y retirada frente a rebaje y relleno

Detente y retrocede

Subsistencia de Cavidad Subsuelo alcanza la superficie en la mina subterránea de Ridgeway.

Usando este método, la minería está planificada para extraer roca de los rebajes sin llenar los vacíos; esto permite que las rocas de la pared se derrumben en el rebaje extraído después de que se haya extraído todo el mineral. Luego se sella el rebaje para evitar el acceso.

Detener y llenar

Donde se van a extraer grandes cuerpos de mineral a granel a gran profundidad, o donde dejar pilares de mineral no es económico, el rebaje abierto se llena con relleno, que puede ser una mezcla de cemento y roca, una mezcla de cemento y arena o cemento y mezcla de relaves. Este método es popular ya que los rebajes rellenados brindan apoyo a los rebajes adyacentes, lo que permite la extracción total de recursos económicos.

Métodos

Diagrama esquemático de corte y relleno de la minería

El método de minería seleccionado está determinado por el tamaño, la forma, la orientación y el tipo de yacimiento que se extraerá. El yacimiento puede ser una veta estrecha como una mina de oro en Witwatersrand, el yacimiento puede ser masivo similar a la mina Olympic Dam, Australia del Sur, o la mina Cadia-Ridgeway, Nueva Gales del Sur. El ancho o tamaño del yacimiento está determinado por la ley y la distribución del mineral. El buzamiento del yacimiento también influye en el método de extracción, por ejemplo, un yacimiento de veta horizontal angosta se extraerá mediante un método de sala y pilar o de tajo largo, mientras que un yacimiento de veta angosta vertical se extraerá mediante un método de corte y relleno abierto. Se necesita una mayor consideración para la resistencia del mineral, así como la roca circundante. Un yacimiento alojado en una roca autoportante fuerte puede extraerse mediante un método de taponamiento abierto y un yacimiento alojado en una roca pobre puede necesitar ser extraído mediante un método de corte y relleno en el que el vacío se llena continuamente a medida que se extrae el mineral.

Métodos de minería selectiva

• Cortar y rellenar La minería es un método de extracción de agujeros cortos utilizado en zonas de mineral irregulares o desbordantes, en particular donde la pared colgante limita el uso de métodos de agujeros largos. El mineral se mina en rodajas horizontales o ligeramente inclinadas, y luego se llena con roca de desperdicio, arena o colas. Cualquier opción de llenado puede consolidarse con hormigón o sin consolidarse. Cortar y llenar la minería es un método costoso pero selectivo, con las ventajas de baja pérdida de mineral y dilución.
• Drift y relleno es similar a cortar y rellenar, excepto que se utiliza en zonas de mineral, que son más amplias que el método de deriva permitirá ser minada. En este caso, la primera deriva se desarrolla en el mineral, y se rellena con relleno consolidado. La segunda deriva es impulsada adyacente a la primera deriva. Esto continúa hasta que la zona de mineral se mime a su ancho completo, en cuyo momento el segundo corte se inicia en la parte superior del primer corte.
• Parada de arrugas es un método de extracción de agujeros cortos que es adecuado para orecuerpos abruptamente dipping. Este método es similar a cortar y llenar la minería con la excepción de que después de ser volado, el mineral roto se deja en la capa donde se utiliza para apoyar la roca circundante y como una plataforma desde la cual trabajar. Sólo se quita el mineral suficiente de la capa para permitir la perforación y la explosión de la siguiente rebanada. La capa se vacía cuando todo el mineral ha sido volado. Aunque es muy selectivo y permite una baja dilución, ya que la mayoría de los minerales se quedan en la parada hasta que se complete la minería, hay un retraso en la inversión de capital.
• VRM/ VCR: La minería de retiro vertical (VRM) también conocida como retiro de cráter vertical (VCR) es un método donde la mina se divide en zonas verticales con una profundidad de unos 50 metros utilizando la parada abierta, la minería de fondo. Los agujeros de grandes diámetros de agujeros largos se perforan verticalmente en el cuerpo de mineral desde la parte superior utilizando taladros en el agujero (ITH) y luego pulverizando rebanadas horizontales del cuerpo de mineral en un atajo. Ore explotó en recuperación tomada en fase. Esta recuperación se hace desde abajo de la sección desarrollada. La última limpieza de mineral se realiza a través de máquinas de LHD controladas remotamente. A menudo se utiliza un sistema de paradas primarias y secundarias en la minería VCR, donde las paradas primarias se miden en la primera etapa y luego se rellenan con relleno cementado para proporcionar soporte mural para la explosión de paradas sucesivas. Las cámaras laterales serán minadas en secuencia preplanificada después de que el relleno se haya solidificado.

Métodos de minería masiva

• Bloqueado se utiliza para extraer enormes orecuerpos empinados (normalmente bajo grado) con alta friabilidad. Un atajo con acceso al transporte es impulsado bajo el orebody, con "drawbells" excavados entre la parte superior del nivel del transporte y la parte inferior del atajo. Las campanas sirven como un lugar para caving rock para caer en. El orebody es perforado y volado por encima del atajo, y el mineral se elimina a través del acceso al transporte. Debido a la friabilidad del orebody el mineral por encima de las primeras cuevas de explosión y cae en los cascabeles. A medida que el mineral se quita de los casquetes las cuevas del orebody en, proporcionando un flujo constante de mineral. Si la cavidad se detiene y la eliminación del mineral de los cascabeles continúa, se puede formar un gran vacío, lo que puede dar lugar a un colapso repentino y masivo y a un viento potencialmente catastrófico en toda la mina. Cuando el almacenamiento continúa, la superficie terrestre puede colapsar en una depresión superficial como las de las minas Climax y Henderson molibdeno en Colorado. Tal configuración es una de varias a las que los mineros aplican el término "agujero glorioso".

Los yacimientos que no se derrumban fácilmente a veces se condicionan previamente mediante fracturación hidráulica, voladuras o una combinación de ambos. La fracturación hidráulica se ha aplicado al preacondicionamiento de roca sólida para techos sobre paneles de tajo largo de carbón y para inducir el hundimiento en minas de carbón y de roca dura.

• Minería de locales y pilares: La minería de cuartos y pilares se realiza comúnmente en cuerpos de mineral planos o suavemente removidos. Los Pilares se quedan en su lugar en un patrón regular mientras las habitaciones están minadas. En muchas minas de habitación y pilares, los pilares se sacan desde el punto más lejano del acceso a la parada, permitiendo que el techo colapse y llene la parada. Esto permite una mayor recuperación ya que menos mineral se deja atrás en pilares.

Extracción de minerales

En las minas que utilizan equipos con neumáticos de caucho para la extracción de mineral grueso, el mineral (o "muck") se extrae del rebaje (lo que se denomina "expulsado" o "empantados") utilizando vehículos articulados centrales (conocidos como boggers o LHD (máquina de carga, transporte y descarga)). Estos equipos pueden funcionar con motores diesel o motores eléctricos y se asemejan a un cargador frontal de bajo perfil. Los LHD que funcionan con electricidad utilizan cables de arrastre que son flexibles y se pueden extender o retraer en un carrete.

Luego, el mineral se vierte en un camión para transportarlo a la superficie (en minas menos profundas). En minas más profundas, el mineral se vierte por un paso de mineral (una excavación vertical o casi vertical) donde cae a un nivel de recolección. En el nivel de recolección, puede recibir trituración primaria a través de una trituradora de mandíbula o de cono, o mediante un rompe rocas. Luego, el mineral se mueve mediante cintas transportadoras, camiones u ocasionalmente trenes hasta el eje para ser izado a la superficie en cangilones o contenedores y vaciado en tolvas debajo de la estructura superior de la superficie para transportarlo al molino.

En algunos casos, la trituradora primaria subterránea alimenta una cinta transportadora inclinada que entrega el mineral a través de un eje inclinado directamente a la superficie. El mineral se alimenta por pasos de mineral, y el equipo de minería accede al cuerpo de mineral a través de una pendiente desde la superficie.

Minas más profundas

• Las minas más profundas del mundo son las minas de oro Mponeng y TauTona (Niveles Profundos Occidentales) en la región de Witwatersrand de Sudáfrica, que actualmente trabajan en profundidades superiores a 3.900 m (12.800 pies).
• La mina inactiva más profunda en Asia es el Kolar en la región de Karnataka de la India. Cerrado en 2001, el eje principal había alcanzado una profundidad de 10.560 pies (3.220 m).
  Esta región es también la ubicación de las condiciones más duras para la minería de roca dura, con temperaturas de aire de hasta 45 °C (113 °F). Sin embargo, plantas de refrigeración masivas se utilizan para bajar la temperatura a unos 28 °C (82 °F).
• La mina de roca dura más profunda inactiva en América del Norte es la mina Empire en Grass Valley California. Cerrado en 1956 el eje principal había alcanzado una profundidad inclinada de 11,007 pies (3,355 m). La longitud combinada de todos los ejes es de 367 millas (591 km).
• La mina de roca dura más profunda en América del Norte es Kidd Mine en Canadá, que mina zinc y cobre en Timmins, Ontario. A la profundidad máxima de 9.889 pies (3.014 m) esta mina es la mina de metal base más profunda del mundo, y su baja elevación de superficie significa que la parte inferior de la mina es el punto más profundo y accesible en la tierra.
• Se cree que el eje Penna de LaRonde (#3 eje) es el eje de elevación más profundo del Hemisferio Occidental. El nuevo eje #4 baja a 2,840 m (9,320 pies) hacia abajo. La expansión de minas LaRonde se completó en junio de 2016 a la profundidad de 3,008 m (9,869 pies), las paradas abiertas más profundas del mundo.
• La mina más activa más profunda en Eurasia y en Asia es la Mina Skalisty de Nornickel, situada en Talnakh. En septiembre de 2018 alcanza la profundidad de 2.006 m (6.745 pies) por debajo de la superficie.
• La mina más profunda de Europa es el 16o eje de las minas de uranio en Příbram, República Checa a 1.838 m (6.030 pies).
• Las minas de roca más profundas de Australia son las minas de cobre y zinc en el Monte Isa, Queensland a 1.800 m (5.900 pies).
• Las minas platino-palladio más profundas del mundo se encuentran en el arrecife de Merensky, en Sudáfrica, con un recurso de 203 millones de onzas troy, actualmente trabajado a una profundidad de aproximadamente 2.200 m (7.200 pies).
• El agujero más profundo es el agujero de Kola Superdeep en Murmansk Oblast, Rusia. A 12,262 m (40,230 pies), es el punto extremo artificial más profundo de la Tierra.