Minería subterránea de roca dura

La minería subterránea de roca dura se refiere a varias técnicas de minería subterránea utilizadas para excavar minerales "duros" , generalmente aquellos que contienen metales , ^[1] como minerales que contienen oro , plata , hierro , cobre , zinc , níquel , estaño y 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 sal , carbón y arenas petrolíferas .

El acceso al mineral subterráneo se puede lograr a través de una rampa, un pozo vertical inclinado o un túnel .

La planificación y la preparación son pasos iniciales cruciales en el proceso de perforación de núcleos. Esta etapa implica realizar una evaluación integral del sitio y establecer las bases necesarias para una operación de perforación exitosa. A continuación, se detallan los aspectos clave involucrados:

Antes de comenzar a perforar, se realiza una evaluación exhaustiva del sitio para determinar las ubicaciones óptimas para la perforación. Esta evaluación implica evaluar factores como el tipo de material que se va a perforar, las condiciones del subsuelo, los posibles obstáculos (por ejemplo, los servicios públicos subterráneos) y la integridad estructural. Esta información ayuda a identificar áreas adecuadas para la perforación que minimicen los riesgos y aseguren resultados precisos.

Según la ubicación y las normas que rigen el lugar, puede ser necesario obtener permisos y autorizaciones antes de comenzar las actividades de perforación. Esto implica comprender y cumplir las normas locales, las pautas ambientales y cualquier requisito específico para la perforación en determinadas áreas.

La seguridad es primordial en cualquier operación de perforación. Durante la etapa de planificación, se establecen protocolos y medidas de seguridad para proteger al personal, el equipo y el entorno circundante. Esto incluye evaluar los posibles peligros, desarrollar planes de respuesta ante emergencias y garantizar la disponibilidad del equipo de seguridad necesario.

La planificación también implica determinar el equipo y los recursos necesarios para la operación de perforación de núcleos. Esto incluye la selección de la plataforma de perforación, las brocas y los accesorios adecuados en función de factores como el material que se va a perforar, el diámetro de núcleo deseado y la profundidad de perforación. También se tienen en cuenta los recursos adecuados, como el suministro de agua, el lodo de perforación y los refrigerantes, para garantizar operaciones de perforación sin inconvenientes.

Establecer un cronograma para el proyecto de perforación de núcleos es esencial para una gestión eficaz del proyecto. Esto incluye fijar plazos, programar el equipo y el personal y coordinar con otras partes interesadas involucradas en el proyecto. La logística, como el transporte de equipos y materiales al sitio, también se planifica durante esta etapa.

1. Al planificar y prepararse cuidadosamente para la perforación con núcleo, los profesionales pueden mitigar los riesgos, garantizar el cumplimiento de las normas y agilizar el proceso de perforación. Las evaluaciones exhaustivas del sitio, la obtención de los permisos necesarios y la consideración de las medidas de seguridad y los requisitos de equipamiento contribuyen a una operación de perforación con núcleo exitosa y eficiente.
2. Los túneles en rampa pueden ser un túnel en espiral que rodea el flanco del yacimiento o lo rodea. El túnel comienza con un corte en forma de caja , que es el portal hacia la superficie. Según la cantidad de sobrecarga y la calidad del lecho de roca , puede ser necesario un conducto de acero galvanizado por motivos de seguridad. También pueden comenzar en la pared de una mina a cielo abierto.
3. Los pozos son excavaciones verticales que se realizan junto a un yacimiento de mineral. Se excavan en yacimientos de mineral en los que el transporte a la superficie mediante camiones no es económico. El transporte por pozo es más económico que el transporte en camiones en profundidad, y una mina puede tener tanto una pendiente como una rampa.
4. Los socavones son excavaciones horizontales en la ladera de una colina o montaña. Se utilizan para yacimientos minerales horizontales o casi horizontales donde no es necesario utilizar una rampa o un pozo.

Las rampas suelen iniciarse desde el costado de la pared alta de una mina a cielo abierto cuando el yacimiento de mineral tiene una calidad suficiente para sustentar una operación minera subterránea, pero la relación de desmonte se ha vuelto demasiado grande para soportar métodos de extracción a cielo abierto. También suelen construirse y mantenerse como un acceso de seguridad de emergencia desde las labores subterráneas y un medio para trasladar equipos grandes a las labores.

Los niveles se excavan horizontalmente desde el declive o el pozo para acceder al cuerpo mineral. Luego se excavan tajos perpendiculares (o casi perpendiculares) al nivel en el mineral.

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

La minería de desarrollo se compone de excavaciones casi en su totalidad en roca estéril (no valiosa) para acceder al yacimiento. Hay seis pasos en la minería de desarrollo: retirar el material previamente volado (retirar el material), descascarillar (retirar cualquier placa de roca inestable que cuelgue del techo y las paredes laterales para proteger a los trabajadores y el equipo de daños), instalar soportes y/o refuerzos utilizando hormigón proyectado , etc., roca de frente de perforación, cargar explosivos y explosivos de voladura. Para comenzar la minería, el primer paso es hacer el camino para descender. El camino se define como "declive", como se describió anteriormente. Antes del inicio de un declive, se requiere toda la planificación previa de la instalación de energía, la disposición de perforación, el desagote, la ventilación y las instalaciones de retiro de material. ^[2]

La minería de producción se divide en dos métodos: perforación larga y perforación corta. La perforación corta es similar a la minería de desarrollo, excepto que se realiza en el mineral. Hay varios métodos diferentes de minería de perforación larga. Por lo general, la minería de perforación larga requiere dos excavaciones dentro del mineral a diferentes alturas debajo de la superficie (15 m - 30 m de distancia). Se perforan pozos entre las dos excavaciones y se cargan con explosivos. Los pozos se perforan y el mineral se retira de la excavación inferior.

Uno de los aspectos más importantes de la minería subterránea de roca dura es la ventilación . La ventilación es el método principal para eliminar los gases y/o el polvo peligrosos que se crean a partir de la actividad de perforación y voladura (por ejemplo, polvo de sílice, NOx), los equipos diésel (por ejemplo, partículas diésel, monóxido de carbono) o para protegerse contra los gases que emanan naturalmente de la roca (por ejemplo, el gas radón). La ventilación también se utiliza para controlar las temperaturas subterráneas para los trabajadores. En minas profundas y calientes, la ventilación se utiliza 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 entrar en la mina. Las chimeneas de ventilación se utilizan normalmente para transferir la ventilación de la superficie a los lugares de trabajo y se pueden modificar para su uso 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 las fisuras. Otros pequeños factores que contribuyen son el calor corporal humano y las voladuras.

Para mantener la estabilidad de las aberturas que se excavan, se requiere algún tipo de soporte. Este soporte se presenta en dos formas: soporte local y soporte de área.

El soporte de tierra superficial se utiliza para evitar fallas importantes del terreno. Se perforan agujeros en la parte posterior (techo) y en las paredes y se instala una varilla de acero larga (o perno de roca ) para mantener unido el terreno. Hay tres categorías de pernos de roca, que se diferencian por la forma en que se acoplan a la roca anfitriona. ^[3] Son:

• Los pernos de anclaje de punto (o pernos de expansión) son un estilo común de soporte de terreno de área. Un perno de anclaje de punto es una barra de metal de entre 20 mm y 25 mm de diámetro y entre 1 m y 4 m de largo (el tamaño lo determina el departamento de ingeniería de la mina ). Hay una cubierta de expansión al final del perno que se inserta en el orificio. A medida que el perno se aprieta con el taladro de instalación, la cubierta de expansión se expande y el perno se aprieta manteniendo unida la roca. Los pernos mecánicos se consideran soporte temporal ya que su vida útil se reduce por la corrosión al no estar inyectados . ^[3]

• Las barras de refuerzo inyectadas con resina se utilizan en áreas que requieren más soporte del que puede proporcionar un perno de anclaje puntual. La barra de refuerzo utilizada es de un tamaño similar al de un perno de anclaje puntual, pero no tiene una carcasa de expansión. Una vez que se perfora el orificio para la barra de refuerzo, se instalan cartuchos de resina de poliéster en el orificio. El perno de la barra de refuerzo se instala después de la resina y se hace girar con el taladro de instalación. Esto abre el cartucho de resina y lo mezcla. Una vez que la resina se endurece, el taladro gira para apretar el perno de la barra de refuerzo que mantiene unida la roca. La barra de refuerzo inyectada con resina se considera un soporte de suelo permanente con una vida útil de 20 a 30 años. ^[3]
• Los pernos de cable se utilizan para unir grandes masas de roca en el muro colgante y alrededor de grandes excavaciones. Los pernos de cable son mucho más grandes que los pernos de roca y las barras de refuerzo estándar, generalmente entre 6 y 25 metros de largo. Los pernos de cable se rellenan con una lechada de cemento. ^[3]

• Los estabilizadores de fricción (conocidos frecuentemente por la marca registrada genérica Split Set ) son mucho más fáciles de instalar que los pernos mecánicos o los pernos con lechada. El perno se clava en el orificio perforado, que tiene un diámetro menor que el perno. La presión del perno en la pared mantiene unida la roca. Los estabilizadores de fricción son particularmente susceptibles a la corrosión y al óxido del agua, a menos que se les aplique lechada. Una vez aplicada la lechada, la fricción aumenta en un factor de 3 a 4. ^[3]
• El Swellex es similar a los estabilizadores de fricción, excepto que el diámetro del perno es menor que el diámetro del orificio. Se inyecta agua a alta presión en el perno para expandir el diámetro del perno y mantener unida la roca. Al igual que el estabilizador de fricción, el Swellex está poco protegido contra la corrosión y el óxido. ^[3]

Se utiliza un soporte de tierra local para evitar que las rocas más pequeñas se desprendan de la parte posterior y de las costillas. No todas las excavaciones requieren soporte de tierra local.

• La malla de alambre soldada es una malla metálica con aberturas de 10 cm x 10 cm (4 pulgadas). La malla se fija a las paredes y al fondo mediante pernos estabilizadores de fricción, pernos de anclaje puntuales o varillas de refuerzo con lechada de resina.
• El hormigón proyectado es hormigón reforzado con fibra que recubre la parte posterior y las costillas para evitar la caída de rocas más pequeñas. El espesor del hormigón proyectado puede ser de entre 50 mm y 100 mm.
• Las membranas de látex se pueden rociar en las espaldas y las costillas de manera similar al hormigón proyectado, pero en cantidades más pequeñas.

Con este método, se planea extraer roca de los tajos sin rellenar los huecos; esto permite que las rocas de la pared se derrumben en el tajo extraído después de que se haya extraído todo el mineral. Luego, el tajo se sella para evitar el acceso.

Cuando se deben extraer grandes depósitos de mineral a gran profundidad o cuando no resulta rentable dejar pilares de mineral, el tajo abierto se rellena con material de relleno, que puede ser una mezcla de cemento y roca, una mezcla de cemento y arena o una mezcla de cemento y relaves . Este método es popular porque los tajos rellenados brindan soporte a los tajos adyacentes, lo que permite la extracción total de recursos económicos.

El método de extracción seleccionado se determina por el tamaño, la forma, la orientación y el tipo de yacimiento que se va a extraer. El yacimiento puede ser una veta estrecha, como una mina de oro en Witwatersrand, o puede ser masivo, similar a la mina Olympic Dam , en el sur de Australia, o la mina Cadia-Ridgeway , en Nueva Gales del Sur . El ancho o tamaño del yacimiento se determina por la ley, así como por la distribución del mineral. La inclinación del yacimiento también influye en el método de extracción; por ejemplo, un yacimiento de veta horizontal estrecha se extraerá mediante el método de cámara y pilar o de tajo largo, mientras que un yacimiento de veta vertical estrecha se extraerá mediante un método de explotación a cielo abierto o de corte y relleno. Se debe tener más en cuenta la resistencia del mineral, así como la roca circundante. Un yacimiento alojado en una roca fuerte y autoportante se puede extraer mediante un método de explotación a cielo 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.

• La minería de corte y relleno es un método de minería de pozos cortos que se utiliza en zonas de mineral con inclinación pronunciada o irregular, en particular donde la pared colgante limita el uso de métodos de pozos largos. El mineral se extrae en rebanadas horizontales o ligeramente inclinadas y luego se rellena con roca estéril, arena o relaves . Cualquiera de las opciones de relleno se puede cementar con aglutinantes para agregar cohesión a la matriz o dejar sin cementar. La minería de corte y relleno es un método costoso pero selectivo, con las ventajas de una baja pérdida y dilución del mineral. ^[4]
• El método de excavación y relleno es similar al de corte y relleno, excepto que se utiliza en zonas de mineral que son más anchas de lo que el método de excavación permite explotar. En este caso, se excava la primera galería en el mineral y se rellena con relleno consolidado. La segunda galería se excava adyacente a la primera. Esto continúa hasta que la zona de mineral se explota hasta su ancho máximo, momento en el que se inicia el segundo corte sobre el primero.
• El método de extracción por contracción es un método de extracción de barrenos cortos que resulta adecuado para yacimientos de mineral con una inclinación pronunciada. Este método es similar a la extracción por corte y relleno, con la excepción de que, después de la voladura, el mineral roto se deja en el rebaje, donde se utiliza para sostener la roca circundante y como plataforma desde la que trabajar. Solo se retira del rebaje la cantidad de mineral suficiente para permitir la perforación y voladura del siguiente tramo. El rebaje se vacía cuando se ha volado todo el mineral. Aunque es muy selectivo y permite una baja dilución, dado que la mayor parte del mineral permanece en el rebaje hasta que se completa la extracción, hay un retraso en el retorno de las inversiones de capital. ^[4]
• VRM / VCR : La minería de retroceso vertical (VRM), también conocida como minería de retroceso vertical de cráteres (VCR), es un método en el que la mina se divide en zonas verticales ^{[ aclaración necesaria ]} con una profundidad de aproximadamente 50 metros utilizando explotación a cielo abierto, minería de abajo hacia arriba. Se perforan pozos largos de gran diámetro verticalmente en el cuerpo mineral desde la parte superior utilizando perforadoras en el pozo (ITH) ^{[5] [ aclaración necesaria ]} y luego se explotan rebanadas horizontales del cuerpo mineral en un socavado. El mineral explotado en la recuperación se toma en fase. Esta recuperación se realiza desde la parte inferior de la sección desarrollada. La última limpieza del mineral se realiza a través de máquinas LHD controladas a distancia. A menudo se utiliza un sistema de tajos primarios y secundarios en la minería VCR, donde los tajos primarios se extraen en la primera etapa y luego se rellenan con relleno cementado para proporcionar soporte de pared para la voladura de los tajos sucesivos. Las cámaras laterales se explotarán en una secuencia planificada previamente después de que el relleno se haya solidificado. ^[6]

^[7]

• El hundimiento de bloques se utiliza para extraer enormes cuerpos de mineral con una inclinación pronunciada (normalmente de baja calidad) con alta friabilidad . Se perfora un socavón con acceso de transporte debajo del cuerpo de mineral, con "campanas de extracción" excavadas entre la parte superior del nivel de transporte y la parte inferior del socavón. Las campanas de extracción sirven como un lugar para que la roca de hundimiento caiga en él. El cuerpo de mineral se perfora y se vola por encima del socavón, y el mineral se extrae a través del acceso de transporte. Debido a la friabilidad del cuerpo de mineral, el mineral por encima de la primera voladura se hunde y cae en las campanas de extracción. A medida que se extrae el mineral de las campanas de extracción, el cuerpo de mineral se hunde, lo que proporciona un flujo constante de mineral. ^[4] Si el hundimiento se detiene y la extracción de mineral de las campanas de extracción continúa, se puede formar un gran vacío, lo que resulta en el potencial de un colapso repentino y masivo y una ráfaga de viento potencialmente catastrófica en toda la mina. ^{[8] [ Se necesita una mejor fuente ]} Cuando el derrumbe continúa, la superficie del terreno puede colapsar y formar una depresión superficial como las que se encuentran en las minas de molibdeno Climax y Henderson en Colorado . Esta configuración es una de las varias a las que los mineros aplican el término "agujero glorioso".

Los yacimientos que no se derrumban fácilmente a veces se preacondicionan mediante fracturación hidráulica , voladuras o una combinación de ambas. La fracturación hidráulica se ha aplicado para preacondicionar rocas de techo resistentes sobre paneles de frente largo de carbón y para inducir derrumbes tanto en minas de carbón como de roca dura.

• Cámaras y pilares  : la extracción de cámaras y pilares se realiza comúnmente en cuerpos de mineral planos o con estratos de inclinación suave. Los pilares se dejan en su lugar en un patrón regular mientras se extraen las cámaras. En muchas minas de cámaras y pilares, los pilares se extraen comenzando por el punto más alejado del acceso al tajo, lo que permite que el techo se derrumbe y rellene el tajo. Esto permite una mayor recuperación ya que se deja menos mineral en los pilares.
• Derrumbe de subniveles ^[9]
• Cavización por elevación  : este es un método diseñado para cuerpos minerales de gran ángulo y profundidad donde las tensiones regionales son altas. En la cavización por elevación, las masas rocosas se desestresan estableciendo ranuras paralelas a la inclinación del cuerpo mineralizado. ^[10] Es un nuevo método que está desarrollando LKAB en el norte de Suecia . ^[11]

En las minas que utilizan equipos con neumáticos para la extracción de mineral grueso , el mineral (o "escombro") se retira ("se desescombra" o "se empantana") del tajo utilizando vehículos articulados centrales . Estos vehículos se conocen como "boggers" o LHD (máquinas de carga, transporte y descarga) . Estos equipos pueden funcionar con motores diésel o motores eléctricos y se parecen a un cargador frontal de perfil bajo . Los LHD accionados eléctricamente utilizan cables de arrastre que son flexibles y se pueden extender o retraer en un carrete. ^[12]

En minas menos profundas, el mineral se vierte en un camión para transportarlo a la superficie. En minas más profundas, el mineral se vierte en 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 mediante una trituradora de mandíbula o de cono, o mediante un rompedor de rocas . Luego, el mineral se mueve mediante cintas transportadoras , camiones u ocasionalmente trenes hasta el pozo para ser elevado a la superficie en baldes o contenedores y vaciado en contenedores debajo del bastidor de la superficie para su transporte al molino.

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

• Las minas más profundas del mundo son las minas de oro Mponeng y TauTona (Western Deep Levels) en la región de Witwatersrand en Sudáfrica, que actualmente funcionan a profundidades superiores a los 3.900 m (12.800 pies). ^[13]
• La mina inactiva más profunda de Asia es Kolar , en la región de Karnataka (India). Cerrada en 2001, el pozo principal había alcanzado una profundidad de 3.220 m.
  Esta región también es el lugar donde se dan las condiciones más duras para la extracción de rocas duras, con temperaturas del aire de hasta 45 °C. Sin embargo, se utilizan enormes plantas de refrigeración para reducir la temperatura a unos 28 °C.
• La mina de roca dura inactiva más profunda de Norteamérica es la mina Empire en Grass Valley, California. Cerrada en 1956, el pozo principal había alcanzado una profundidad de inclinación de 11.007 pies (3.355 m). La longitud combinada de todos los pozos es de 367 millas (591 km).
• La mina de roca dura activa más profunda de América del Norte es la mina Kidd en Canadá, que extrae zinc y cobre en Timmins , Ontario . Con una profundidad máxima de 9889 pies (3014 m), esta mina es la mina de metales básicos más profunda del mundo, y su baja elevación de la superficie significa que el fondo de la mina es el punto no marino accesible más profundo de la Tierra. ^{[14] [15]}
• Se cree que el pozo Penna de LaRonde (pozo n.° 3) es el pozo de extracción más profundo del hemisferio occidental. El nuevo pozo n.° 4 se hunde a 2840 m (9320 pies) de profundidad. La expansión de la mina de LaRonde se completó en junio de 2016 a una profundidad de 3008 m (9869 pies), el pozo abierto de tiro largo más profundo del mundo. ^[16]
• La mina activa más profunda de Eurasia y Asia es la mina Skalisty de Nornickel , ubicada en Talnakh . En septiembre de 2018 alcanzó una profundidad de 2056 m (6745 pies) bajo la superficie. ^[17]
• La mina más profunda de Europa es el pozo número 16 de las minas de uranio en Příbram , República Checa , a 1.838 m (6.030 pies). ^[18]
• Las minas de roca dura más profundas de Australia son las minas de cobre , zinc y plomo de Mount Isa , Queensland , a 1.800 m (5.900 pies). ^{[ cita requerida ]}
• Las minas de platino y paladio más profundas del mundo se encuentran en el arrecife Merensky , en Sudáfrica, con un recurso de 203 millones de onzas troy , actualmente explotadas a una profundidad de aproximadamente 2.200 m (7.200 pies). ^{[ cita requerida ]}
• El pozo más profundo es el pozo superprofundo de Kola , en la región de Murmansk (Rusia). Con 12.262 m (40.230 pies), es el punto extremo artificial más profundo de la Tierra .

• Socavón
• Minería de oro
• Minería
• Pinchar
• Minería de pozos
• Ley de Minería de 1872
• Detenerse

• Brown, Ronald C. Mineros de roca dura: el oeste intermontano, 1860-1920 . (2000) ^{[ ISBN faltante ]}
• de la Vergne, Jack. Manual del minero de rocas duras . (2003) Tempe/North Bay: McIntosh Engineering. ISBN 0-9687006-1-6 . 
• McElfish Jr., James M. Minería de roca dura: enfoques estatales para la protección ambiental . (1996) ^{[ ISBN faltante ]}
• Wyman, Mark. Hard Rock Epic: Los mineros occidentales y la revolución industrial, 1860-1910 . (1989) ^{[ ISBN no disponible ]}