RAMPAS-MINERIA SUBTERRANEA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional Ingeniería Geológica

1. INTRODUCCION La sociedad moderna necesita suministro de metales, minerales y combustibles para su subsistencia. Una gran parte de las materias primas para estos productos tiene su origen en yacimientos muy por debajo de la superficie de la tierra. La minería subterránea nos da los medios para utilizar tales recursos. La minería implica la explotación y extracción de materiales o combustibles provenientes de la corteza terrestre, la que a su vez, finaliza con el proceso de separación de las sustancias minerales deseadas y la liberación de las sustancias residuales. Los métodos empleados en la minería, se pueden clasificar en cuatro tipos: en primer lugar, están los materiales que se pueden obtener en minas de superficie, explotaciones a cielo abierto; en segundo lugar, están las minas subterráneas, a las que se accede a través de galerías o túneles; el tercer método es la recuperación de minerales y combustibles a través de pozos de perforación y por último, está la minería submarina, que próximamente podría extenderse a la minería profunda de los océanos. La

explotación

correcta

de

una

mina

subterránea

requiere

una

red,

cuidadosamente planificada, de pozos, galerías, rampas y chimeneas o coladeros. Estas labores permitirán el acceso al yacimiento, la circulación de personal o maquinaria, la extracción de mineral y estéril, la ventilación de las labores, etc. Las rampas sirven para el acceso a las labores, sustituyendo o completando a los pozos, y para comunicar entre sí diferentes niveles. Su pendiente es inferior al 15% para permitir el movimiento de la maquinaria minera autopropulsada. En todos los casos, la perforación será dirigida y controlada por los topógrafos, que calcularán la dirección e inclinación de los trabajos y realizarán el replanteo de estos.


2. OBJETIVOS

2.1.

OBJETIVO GENERAL 

Identificar la importancia de las rampas en un levantamiento topográfico subterráneo.

2.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

conocer el diseño de rampas.



determinar las características de una rampa.



Conocer el tipo de perforadoras y sus características para realizar una rampa.


3. DISEÑO DE RAMPAS Las rampas son llamadas también desarrollos inclinados o galerías inclinadas, cuyo objetivo fundamental es aprovechar o ganar altura. Normalmente se realizan fuera de veta por su alto costo de mantenimiento en mineral. El diseño de rampas requiere de conocimientos matemáticos y físicos que se dictan durante la formación de los profesionales en ingeniería, pero el conocimiento práctico y la experiencia complementan para efectuar un diseño óptimo y acertado; previo a lo dicho se deben ejecutar los niveles principales de acceso y extracción, de 60 a 90 m. de encampane o desnivel; así mismo, se debe diseñar y planear la ejecución de chimeneas con máquina Rais e Borne, en el eje de la rampa o adyacente a esta, a fin de procurarse los servicios de ventilación, líneas de aire, agua, electricidad, además de los echaderos de mineral y desmonte (ore-pass y fillpass);de esta manera se aumentará notablemente la eficiencia y la velocidad de su ejecución disminuyendo el tiempo de transporte.

3.1.

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE RAMPAS 

Procurar que la rampa tenga la menor longitud de desarrollo como sea posible.



La gradiente debe ser la óptima para desarrollar velocidad de 20 a 30 km/hora y que todos los vehículos no tengan dificultad para subir.



Los radios de curvatura mínimo deben de tener una amplitud suficiente y necesaria para que todos los vehículos puedan girar libremente sin retroceder y evitar accidentes.



La sección transversal debe ser la óptima para la libre circulación de todos los vehículos de la mina; compensando el ancho con la altura, siendo la mínima posible la altura.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional Ingeniería Geológica 

Tratar de evitar trabajos de sostenimiento, procurando desviar la rampa por terrenos con mejores condiciones de estabilidad y autosoporte.

3.2.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO 

Se debe preparar un juego de planos topográficos de c/u de los niveles en el que deben encontrarse los mapeos geológicos al detalle; así como la sección longitudinal y secciones transversales del depósito mineralizado



Considerar de que en el sistema trackless, las rampas reemplazan a las chimeneas del sistema convencional, en cuanto a la función de acceso, extracción y ventilación; por esto, adyacente a la rampa o en el eje de su trayectoria, se debe diseñar y planear la ejecución de chimeneas de transferencia de minera (ore-passes) y de servicios; por lo tanto, cada tajeo o grupo de tajeos deben tener rampas de acceso. Como los costos de perforación, sostenimiento y mantenimiento son mucho más altos que hacer chimeneas en el sistema convencional, por esto, la longitud de los tajeos debe de serlo suficientemente largos para justificar y menguar estos costos.



Para que el equipo pueda rodar con tal resistencia a la rodadura, se requerirá un motor de mayor potencia, mayor consumo de combustible y llantas. Aun pavimentando la rampa de 16% tiene una resistencia a la rodadura superior a la de 14%.



El siguiente paso es determinar los radios de curvatura mínimos, de acuerdo o en función al equipo que se va a emplear, las dimensiones de las labores y la geometría del depósito mineralizado. En los catálogos de los equipos se especifican estos radios de curvatura mínimos, los que se deben de tomar como pauta para adaptar a cada caso particular de tipo y forma de yacimiento y dimensiones de labores y pilares.




Luego se tiene también, que determinar el eje de la trayectoria de la rampa en función de la forma o geometría del yacimiento, las condiciones mecánicas del relleno mineralizado y de las rocas encajonantes, también se tiene que considerar el método de explotación por aplicarse, para definir el ingreso a los tajeos y el acceso de los servicios y por último, también se debe considerar el mínimo radio de curvatura durante su desarrollo.

3.2.1. Las rampas rectas Tienen la ventaja respecto a las de trayectorias combinadas de tramos rectos y cursos, de proporcionar mayor visibilidad a los operadores de equipo pesado y en general a todo el personal que trabaja en lamina, que se moviliza generalmente en vehículos con motores diésel, y con esto evitar riesgos de accidentes; pero se tendría la desventaja de extraerse mucho desmonte, si se desarrolla fuera del yacimiento, o bajar el porcentaje de recuperación, si se desarrolla sobre mineral.

Imagen Nº1: vista en planta de una rampa recta con 12% de gradiente


3.2.2. Las rampas en zigzag Se compone de una combinación de tramos rectos y curvos, estas se caracterizan por tener 5 tramos por vuelta y repetitivas en las siguientes vueltas; estos tramos se componen, de 3 tramos curvos de un solo radio de curvatura, dos de un cuarto de circunferencia y uno de media circunferencia; además, tiene un tramo recto largo y un tramo recto corto; la diferencia entre el tramos recto largo y corto, es función del buzamiento del yacimiento mineralizado. Este diseño es ventajoso en yacimientos compuestos por varias vetas o mantos paralelos de similares buzamientos o en cuerpos mineralizados irregulares; además, permite mejor visibilidad que otras rampas con tramos curvos.

Imagen Nº2: vista en planta de una rampa en zig-zag con 14% de gradiente


3.2.3. Las rampas en espiral Se compone de una combinación de un tramo recto y un curvo, estas se caracterizan por tener dos tramos por vuelta y repetitivas en las siguientes vueltas; el tramo curvo se compone de tres cuartos de circunferencia y el recto es función del buzamiento del yacimiento mineralizado. Los inconvenientes que puede presentar este tipo de diseño pueden ser: 

El tráfico de volquetes es mayor.



Causa un mayor desgaste de los neumáticos.



Aumentan con respecto a otros diseños, el riesgo de accidentes por dificultad de visión, cruce con maquinaria, etc.



Este diseño es ventajoso en yacimientos compuestos por una sola veta o manto, así mismo tiene la ventaja de desarrollarse sólo o en la mayor parte de la zona mineralizada.

Imagen Nº3: vista en planta de una rampa con 14% de gradiente


3.3.

PARÁMETROS DE DISEÑO 

Principales: Sección, gradiente, radio de curvatura, longitud.  Auxiliares: Peralte y declive.

3.3.1. SECCION Varía de acuerdo a la capacidad de producción a las características geotécnicas del terreno con los cuales se elige el tamaño del equipo a emplear:

ANCHO (m) RAMPAS PRINCIPALES 3.2 – 6.0 RAMPAS 2.5 – 3.5 SECUNDARIAS

ALTURA 3.0 – 4.0 2.5 – 3.0

Para determinar estas secciones y otros accesos se tienen varios métodos: 

El ancho debe ser entre 1.75 a 2.0 m. más ancho que el equipo más grande que se emplea y la altura es 0.50 m. más alto que la suma del ancho y altura del equipo elegido.



Otro método considera que la altura de la labor de be ser 1.0 m. a 1.3 m más alto que el equipo elegido.



También se menciona que la diferencia entre el ancho y la altura de una labor debe ser en un máximo de 2.0 m.


Rampas de 6.0 m. x 4.0 m. (Mina Cobriza) DUX de 30 TM. Scooptrams de 13 Yd³. Jumbos Hidráulicos de 3 brazos. Otros equipos de servicios de gran capacidad.

Rampas de 3.2 m. x 3.2 m. (Mina San Cristóbal) Camiones de bajo perfil de 11 TM Scooptrams de 2 a 5 Yd³. Jumbos y Track drill).

Rampas de 4.2 m. x 4.2 m. (Mina Andaychagua). Camiones volquetes de bajo (Teletrams). Payloaders o Cargadores frontales. Scooptrams de hasta 8 Yd³.

Rampas Auxiliares de 2.5 m. x 2.5 m. Equipos de baja capacidad de transporte. perfil

9

3.3.2. GRADIENTE O PENDIENTE: Cada rampa tiene una pendiente más favorable a su gradiente óptima, determinada principalmente por su producción, evolución o desarrollo y por sus costos de operación. La gradiente optima esta entre 8 a 10 % pudiendo llegar hasta 15 %; siendo en nuestra minería la gradiente promedio de 12 % con resultados satisfactorios. Para casos especiales, cuando se trata de rampas auxiliares la gradiente puede alcanzar entre 17 y 20 % en tramos cortos.

3.3.3. RADIO DE CURVATURA: Lo aconsejable es que las vías de transporte deban ser lo más rectas posibles, o que las curvas deben tener un radio de curvatura más grande. Estos radios se eligen en razón a los equipos a emplearse. Tenemos dos tipos de curvatura que se especifican en los catálogos: 

RI: Radio de curvatura interno  RC: Radio de curvatura externo.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional Ingeniería Geológica Es más usual tener en cuenta el RE que es el más óptimo a fin de evitar choques accidentales u otros problemas de interrupción de transporte, debiendo ser lo suficientemente amplio para una circulación eficaz. Para elegir el radio de curvatura óptimo en una mina, se tomara el RE del equipo más grande en longitud. Calcular: a) Numero de vueltas. b) Longitud total de rampa Calculo del diseño a) Longitud de rampa en curvas de radio promedio de 6.75 m. Lc= 2 π R = 42.41 m. 1 vuelta de circunferencia = 42.41 m. ½ vuelta de circunferencia = 21.21 m. b) Longitud de rampa con gradiente 12 % ganando una altura de 18 m. 100--------------------12 m.

Longitud horizontal: X

X ---------------------18 m.

X = 100 x 18 / 12 = 150 m

18 m

12

100

Li 150m

Longitud inclinada: Li = (18 2 + 150²)1/2 = 151.08 m.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional Ingeniería Geológica c) Calculo de la longitud real de una vuelta. LR = AB + BC + CD + DE = 21.21 m. 75.54 m. + 75.54 m. + 21.21 m. = 193.49 m. d) Distancia entre dos niveles: 4,326.5 m.  Cota del Subnivel: 4,236.8 m.  Cota del Nivel 300: 89.7 m

e) Calculo del número de vueltas del Z/Z. Nº de vueltas = 89.7 m. / 18 m. / vuelta = 4.98 z/z ≈ 5 z/z f) Calculo de la longitud total de construcción de la rampa: LT =193.49m. / Vuelta x 4.98 Vueltas / Rampa = 963.58 m. / Rampa.

4. SELECCIÓN DE EQUIPOS DE PERFORACIÓN 1. Datos generales: - Sección: 3.4 m. x 3.4 m

- Roca

- ø del barreno

- ø de broca: 51 mm (Jumbo)

: 39 mm. (Jack Leg)

: Andesita dura

- Longitud de barreno : 8 pies

- Longitud de barra: 12 pies

- Eficiencia de perforación: 87.50%

- Eficiencia de perforación: 91.67%

- Longitud Perforada

- Avance real: 11 pies = 3.30 m.

: 7 pies = 2.10 m.

- Nº tal. de (39 mm ø): 10 x √ 3.4 x 3.4 = 34 tal.

- Nº tal. (51 mm ø): 34 tal. x (39 / 51) = 26 tal.


2. Consideraciones de selección:  Se deben realizar 2 disparos/ día de 3 guardias/ día, considerando una       

guardia para instalación de accesorios y otros imprevistos. Se hará comparaciones de tiempo necesario en la perforación entre máquinas pesadas y livianas. Tener presente el aspecto económico: precio de los equipos. Número de hombres empleados en el frente de trabajo. Condiciones de trabajo en el uso de máquinas livianas: escaleras, castilletes, etc. Numero de taladros a perforar en el frente. Sección del frente a desarrollarse. Avance del desarrollo en la rampa.

4.1. CON UNA PERFORADORA JACK LEG + BARRENO INTEGRAL DE 8 PIES Velocidad de perforación promedio:

1 pie / minuto.

Eficiencia de perforación:

87.50 %

Longitud perforada = 8 pies x 87.50 %:

7 pies/tal

Tiempo de Perforación: (7 pies/tal.)/ (1 pie/minuto):

7 minutos

Tiempo de cambio de barreno:

2 minutos

Tiempo de cambio de taladro:

3 minutos

Total tiempo empleado:

12 minutos

Tiempo de perforación de todo el frente:

34 x 12 = 408 minutos

Factor de seguridad y otros imprevistos (30%):

408 x 1.3 = 530.4 minutos

Instalación de equipo:

15 minutos

Desconexión del equipo:

15 minutos

TIEMPO TOTAL: minutos 24 segundos

560.4 minutos: 9 Horas 20


4.2. CON DOS PERFORADORAS JACK LEG + BARRENO INTEGRAL DE 8 PIES Velocidad de perforación promedio:

1 pie / minuto.


87.50 %


7 pies/tal

Tiempo de Perforación: (7 pies/tal.)/ (1 pie/minuto):

7 minutos

Tiempo de cambio de barreno:

2 minutos


3 minutos

Total tiempo empleado con una maquina:

12 minutos

Total tiempo empleado con dos máquinas:

12 minutos / 2 = 6 minutos


34 x 6 = 204 minutos

Factor de seguridad y otros imprevistos (20%): 204 x 1.2 = 244.8 minutos Instalación de equipo:

15 minutos

Desconexión del equipo:

15 minutos

TIEMPO TOTAL:

274 minutos: 4 Horas 34 minutos 48 segundos

4.3. CON UN JUMBO NEUMÁTICO DE UN BRAZO + BARRA DE 12 PIES Velocidad de perforación promedio:

1.5 pies / minuto.


91.67 %


11 pies/tal

Tiempo de Perforación por taladro=11 / 1.5:

7.33 minutos


0.5 minutos

Total tiempo empleado:

7.83 minutos


26 x 7.83 = 203.58 minutos

Eficiencia de operación (90%):

203.58 x 1.1 = 223.94 minutos

Traslado del equipo:

15 minutos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional Ingeniería Geológica TIEMPO TOTAL: segundos

238.94 minutos:

3

Horas

58

minutos

56

4.4. CON UN JUMBO NEUMÁTICO DE DOS BRAZOS + BARRA DE 12 PIES Velocidad de perforación promedio:

1.5 pies / minuto


91.67 %


11 pies/tal

Tiempo de Perforación por taladro de:

11 / 1.5 = 7.33 minutos


1.0 minutos

Tiempo Total promedio:

8.33 minutos

Tiempo Total promedio por c/brazo = 8.33 minutos/ 2:

4.17 minutos


26 x 4.17 = 108.42 minutos

Eficiencia de operación (90%):

108.42 x 1.1 = 119.26 minutos


15 minutos

TIEMPO TOTAL:

2 Horas 14 minutos 16 segundos

134.26 minutos:

4.5. CON UN JUMBO HIDRAULICO DE DOS BRAZOS Velocidad de perforación promedio:

3.28 pies / minuto.


91.67 %


11 pies/tal

Tiempo de Perforación por taladro = 11 / 3.28:

3.35 minutos

Tiempo de cambio de taladro de 11 pies:

0.5 minutos

Tiempo Total promedio:

3.85 minutos

Tiempo Total promedio por cada brazo: 3.85 minutos/ 2: Tiempo de perforación de todo el frente:

1.93 minutos

26 x 1.93 = 50.18 minutos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional Ingeniería Geológica Eficiencia de operación (95%):

50.18 x 1.05 = 52.69 minutos


15 minutos

TIEMPO TOTAL:

1 Horas 07 minutos 41 segundos

67.69 minutos:

5. CUADRO RESUMEN EQUIPOS

TIEMPO

OBSERVACION

1 Jack Leg

9 Horas 20 minutos

2 trabajadores

2 Jack Leg

4 Horas 34 minutos

4 trabajadores

Jumbo neumático de 1 brazo

3 Horas 58 minutos

2 trabajadores

Jumbo neumático de 2 brazos

2 Horas 14 minutos

2 trabajadores

Jumbo hidráulico de 2 brazos

1 Horas 07 minutos

2 trabajadores

6. ELECCIÓN JUMBO NEUMÁTICO DE DOS BRAZOS Por las siguientes razones:

 El avance de desarrollo de rampas es 6.0 m. / día. (2 disparos/ día x 3.0 m./ disparo)  El tiempo de perforación es solo 2 horas 14 minutos que está dentro del rango de disparo a media guardia dentro de las 4 horas disponibles.  El costo es menor comparado con el Jumbo hidráulico de 1 brazo.  Se emplea solo dos trabajadores en el frente de trabajo.


7. COCNCLUSIONES 

Es importante para comunicar diferentes labores horizontales en una minería subterránea.



La gradiente de la rampa debe ser óptima para el trasporte de los vehículos.



Los radios de curvatura mínimo deben de tener una amplitud suficiente y necesaria para que todos los vehículos puedan girar libremente sin retroceder y evitar accidentes.



Tratar de evitar trabajos de sostenimiento, procurando desviar la rampa por terrenos con mejores condiciones de estabilidad y autosoporte.



RAMPAS PRINCIPALES: Ancho 3.2 – 6.0 o o Altura:3.0 – 4.0



RAMPAS SECUNDARIAS o Ancho:2.5 – 3.5 o Altura:2.5 – 3.0


8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

http://es.scribd.com/doc/216712284/Trabajo-Topo-Ultimoii#scribd



http://centrodeformacionminera.blogspot.com/2012/11/diseno-derampas.html.



http://www.upct.es/~minaeees/topografia_minera.pdf



http://upc.edu/grau/guiadocent/esp/.../cartografia-y-topografia-minera.pd.

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