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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD GEOLOGICA METALURGICA MINERA Y GEOGRAFICA
EAP ING DE MINAS
RELLENO HIDRÁULICOMinería Subterránea
Alumna : Salazar Valencia, FiorellaLázaro Escalante, Mabel
Profesor : Ing. Estanislao De La Cruz Carrasco
Curso : Minado subterráneoCiclo : V
2010 –1
48
DEDICATORIA
A los estudiantes de Ingeniería de
minas de la Universidad Nacional
Mayor De San Marcos y al Ing.
Estanislao De La Cruz Carrasco
por sus enseñanzas en la
asignatura de minado subterráneo
2
ÍNDICE
DEDICATORIA..............................................................................................2
INDICE .........................................................................................................3
INTRODUCCIÓN...........................................................................................4
RESUMEN....................................................................................................5
OBJETIVO.....................................................................................................9
RELLENO HIDRÁULICO.............................................................................10
I) Sinonimia .........................................................................................10
II) Descripción.......................................................................................10
III) Porque relleno hidráulico..................................................................11
IV) Aplicabilidad en métodos de explotación..........................................17
V) Requisitos para el relleno hidráulico.................................................18
1. Requisitos de cantidad ..........................................................20
2. Requisitos de calidad ............................................................25
a) Corto plazo..................................................................25
b) Largo plazo.................................................................30
VI) Selección de maquinaria del relleno hidráulico.................................32
Selección de hidrociclones.....................................................32
Selección de tuberías............................................................36
Selección de bombas.............................................................39
Drenaje de la percolación......................................................43
VII) Proceso de preparación de relleno hidráulico...................................45
Esquema del circuito de relleno hidráulico(flowsheet)...........48
VIII) Preparación para el relleno dentro del tajeo.....................................49
IX) Rellenado tajeo.................................................................................50
Problemas en el proceso de rellenado...................................51
X) Ventajas y desventajas.....................................................................54
CONCLUSIONES .......................................................................................56
BIBLIOGRAFÍA............................................................................................57
3
INTRODUCCIÓN
El tema de RELLENO HIDRAULICO se sustenta en la posibilidad de disminuir
los problemas de inestabilidad del macizo rocoso y con ello minimizar los
riesgos de caída de rocas, estallido de rocas, así como los altos costos de
producción generados por los problemas en el sostenimiento de las labores
mineras. Con esta finalidad, se aplicarán los conocimientos de la mecánica de
fluidos sobre transporte de fluidos con sólidos en suspensión; y lograr de esta
manera saturar con relleno hidráulico todos los espacios vacíos generados por
la explotación de mineral en la veta Jimena. Con esto gran parte del desmonte
producto de las labores de avance retornaría como relleno a interior mina,
Disminuyendo el impacto ambiental generado por los grandes volúmenes que
ocupan las desmonteras en superficie. Del mismo modo disminuiría el consumo
de madera en el sostenimiento, contribuyendo del mismo modo con la
conservación de bosques los cuales cada vez son más escasos.
4
RESUMEN
En la mediana minería, el relleno convencionalmente usado es el relleno de
grava seca. Este relleno presenta muchos inconvenientes pues para su
obtención y manipuleo se emplean recursos a expensas de la producción y
contribuyan a elaborar los costos. El relleno hidráulico se presenta como una
solución atractiva para muchas apariciones mineras.
La cantidad de relleno hidráulico que se requiere para una operación dada es
función de los siguientes factores:
1. Producción de mineral
2. Densidad del mineral
3. Densidad del relleno
4. Tiempo de operación des sistema de relleno hidráulico
5. Eficiencia del sistema de relleno hidráulico
Las propiedades estructurales que el relleno debe de tener son tan importantes
como el tiempo en que se desarrollan. El relleno debe de desarrollar
propiedades estructurales a corto plazo, este es, mientras dura el ciclo de
minado. Estas propiedades son:
1. Resistencia al hundimiento.- La superficie superior del relleno debe
resistir las presiones que se le aplican, como son la pisada del hombre,
la pata neumática de una perforadora, la llanta de un autocargardor, etc.
Cuanto más pronto desarrolle esta resistencia, menor será el ciclo de
minado
2. Estabilidad del Techo en Tajeos Invertidos.- En el método de explotación
de corto y relleno invertido (llamado undurout and fill en Norteamérica) el
relleno es el techo del tajeo. Es requisito primordial para emplear este
método, al conocer la carga que ejercerá la masa de relleno, para saber
5
si será auto sostenida o en contrario para diseñar las columnas de
sostenimiento.
3. Existen métodos indirectos para inferir las propiedades estructurales de
un relleno hidráulico, los más usados son:
a. El Coeficiente de Permeabilidad, que da una medida indirecta
para averiguar cuan rápidamente el relleno hidráulico pasará del
estado de pulpa al de un cuerpo granular firme.
b. El Coeficiente de Uniformidad, que da una medida de la
gradación de las partículas del relleno.
c. El Thixotropismo es una propiedad de ciertas sustancias por la
cual se comportan como sólidos cuando en reposo y como
líquidos cuando expuestos a un impacto o vibración.
El relleno también debe de desarrollar propiedades que serán de utilidad a
largo plazo. Estas propiedades son:
1. Densidad Relativa.- Es una medida del grado de compactación que
adquiere un relleno. Cuando mayor sea su densidad relativa, menos
comprimible será y mayor resistencia ofrecerá el desplazamiento de las
cajas, lo que redundará en una mayor estabilidad del área de minado.
2. Reducción de Volumen: Cuando el relleno contiene alta proporción de
arcillas, tiende a reducir su volumen al perder agua. Este afecto es
dañino pues permite el desplazamiento de las cajas y altera la
estabilidad de las labores vecinas.
3. Estabilidad de Tajeos Continuos: Cuando se explotan cuerpos minerales
(bálsano) tres dimensiones son de las mismas magnitudes, se tendrán
tajeos que colinden lateralmente. Es requisito primordial en estos casos
6
que la pared de relleno del tajeo anterior no se derrumbe dentro del
nuevo tajeo abierto.
El empleo de relleno hidráulico puede provocar consecuencias secundarias que
si no se evalúan de antemano pueden causar molestias y en casos extremos
hacer prohibitivo el empleo de relleno hidráulico. Algunas de estas
consecuencias son:
1. Contaminación Química: Cuando el relleno hidráulico contiene sulfuros
metálicos, en particular la pirrotita, la oxidación de éstos produce
anhídrido sulfuroso. Si no existe una ventilación proporcionada, la
concentración del gas puede tornarse peligroso.
2. Contaminación Térmica: La oxidación de ciertos componentes del
relleno hidráulico es una reacción exotérmica. Si no existe una
ventilación proporcionada el aumento de temperatura en un tajeo puede
ser prohibitivo.
3. El agua que se elimina al depositar el relleno hidráulico en un tajeo
puede causar molestias en su disposición y pueda acarrear finos que
eventualmente se depositarán en lugares indeseables.
4. Con pruebas relativamente simples de realizar y con equipo y personal
que normalmente son accesibles a la mediana minería, se puede
determinar la magnitud de ciertos parámetros del relleno hidráulico, con
los cuales se pueden conocer la calidad de un relleno hidráulico y su
comportamiento cuando está depositado en un tajeo. Los parámetros del
relleno que pueden proporcionar esta información son:
Densidad
Razón de poros
Angulo de fricción interno
7
Cohesión
Coeficiente de Presión Lateral
Coeficiente de Permeabilidad
Coeficiente de Uniformidad
Producción de Anhídrido Sulfuroso
Cuando un material que se desea emplear como relleno hidráulico, no satisface
los requisitos de calidad para un uso dado, éstos se pueden modificar. Las
maneras más usuales de modificar las propiedades estructurales de un relleno
hidráulico son:
1. Variando la Granulometría, esto es, eliminando cierto tamaño de
partículas (generalmente las más finas), o agregando otros tamaños de
partículas (generalmente gruesas)
2. Adicionando componentes cuya función principal es aumentar la
adherencia interparticular.
3. Adicionando componentes cuya función es catalizar reacciones entre las
sustancias que forman el relleno y el agua o aire, de manera que se
generen subproductos que mejoran las propiedades del relleno.
4. Eliminando componentes dañinos tales como las arcillas.
8
OBJETIVO
En un estudio de factibilidad para la instalación de un sistema de relleno
hidráulico, una de las primeras consideraciones o tomar en cuenta, es
especificar las funciones que el relleno debe de cumplir, y seguidamente,
determinar si el material potencialmente utilizable como relleno puede cumplir
las funciones especificadas. El propósito del presente estudio es presentar una
interpretación científica para especificar las funciones que el relleno debe de
cumplir y la metodología experimental para evaluar cuantitativamente a un
relleno hidráulico.
9
RELLENO HIDRAULICO
I) SINONIMIA
Otras denominaciones de relleno hidráulico son las siguientes:
Español Relleno hidráulico
Francés Remblai hidraulique
Ingles Backfill hidraulic
Portugués Hidráulica preencher
Italiano Idraulica di riempimento
II) DESCRIPCIÓN
Se define como relleno hidráulico al material que es transportado en forma de
pulpa por tuberías. En su mayoría el material es el relave de planta
concentradora, pero también se utiliza arenas glaciares y otros materiales
granulares que se encuentra en la naturaleza.
El relleno hidráulico tiene las siguientes aplicaciones:
Proveer una plataforma de trabajo.
Evitar el movimiento y caída de las rocas.
Facilitar la recuperación de pilares.
Evitar o minimizar la subsidencia.
Estabilizar el macizo rocoso en las minas, reduciendo la posibilidad de
estallidos de roca.
Minimizar la deposición de relaves o material rocoso en superficie
ayudado al control ambiental
Controlar y prevenir incendios en las minas.
10
III) POR QUE RELLENO HIDRÁULICO
El relleno en la minería subterránea debe cumplir dos propósitos básicos: a)
evitar el movimiento y caída de la vaca y b) proveer una plataforma de trabajo
(en algunos métodos sirve de techo), mientras mejor cumpla estos propósitos
mejor será el relleno.
Convencionalmente el relleno empleado es obtenido de dos fuentes
principales: a) desarrollar en vaca estéril y b) depósitos naturales de grave en
superficie; generalmente este último cubre más del 80% del relleno total
empleado. Tanto para el relleno de desarrollo como para el relleno de grave se
emplean las monedas convencionales de transporte subterráneo para
trasladarlo del lugar de origen a su destino. En minas profundas y con gran
extensión horizontal, estos métodos son costosos pues involucran el empleo de
mano de obra, maquinaria, energía y estructuras con el sólo propósito de
trasladar el relleno de origen o destino.
Una vez introducido el relleno en el tajeo, el trabajo requerido para esparcirlo y
distribuirlo uniformemente es grande, llegando muchas veces a ocupar hasta el
29% del tiempo del personal del tajeo. En la mayoría de los métodos de
explotación el avance del tajeo es ascendente, significando que el mineral roto
cae sobre el piso de relleno. Durante la extracción, sea este hecho con
métodos manuales, rastrillos o autocargadores, inevitablemente algo del relleno
se mezcla con el mineral o algo de mineral se queda en el relleno,
generalmente ambos casos, diluyéndose el mineral en un caso y perdiendo
volumen en el otro. Se puede subsanar esta situación entablando el piso, pero
es conocido que esta técnica adecuada es costoso, rara vez cumple su función
pues es muy difícil manejar un rastrillo o un autocargador sin remover las tablas
de su lugar.
Es sumamente difícil y muchas veces imposible compactar el relleno de grava
en todos los rincones y rendijas de ese tajeo. El relleno así puesto, falta en
11
cumplir plenamente el primer requisito de todo relleno de mina; evitar el
movimiento de roca en una medida lo más cercana posible a la medida en que
la evitaba el mineral in situ. Como se sabe, los movimientos de la roca, además
de atentar contra la seguridad humana, son los responsables de los altos
castos de mantenimiento de galerías, chimeneas y del tajeo mismo.
Cabe saber que aún cuando se pudiera compactar el relleno en todos los
rincones, la granulometría y la forma de deposición de los rellenos de grava
son tales que la parcialidad es muy alta, siendo frecuentes porosidades de
65% (65% del volumen del relleno en año y/o agua). Este material altamente
esponjoso ofrece muy poca resistencia a la presión que presentan las cajas,
por tanto se comprime y permite el movimiento de la roca.
Cuando se termina de rellenar un tajeo de cuadros, el agua de percolación y la
vibración de los disparos provocan el crecimiento y compactación de un relleno
de grava. Al mantenerse, el relleno desarma los cuadros que había mantenido
presión contra las cajas, permitiendo el desplazamiento de éstas.
En algunas mineras, la obtención del relleno de grava demanda el uso de
explosivos para reducir algunas rocas de tamaño excesivo. También en otros
como se requiere acarreo de superficie con camiones y el empleo de
cargadores frontales, todo ello aumentaría el costo del relleno. En resumen se
puede decir que en muchas minas el relleno con grava es considerado como
un mal necesario que cumple pobremente su función.
Una solución atractiva a este problema es el relleno hidráulico. El relleno
hidráulico tradicionalmente se ha identificado con la introducción a la mina de
las relaves de la planta de concentración. Si bien este es el caso más común,
no es el único, pues en algunas minas el material del relleno hidráulico no es
releve sino arenas glaciares u otros materiales granulados existentes en la
naturaleza. Lo que le da el nombre de hidráulico al relleno es la manera de
transportarle en forma de pulpa por medio de tuberías.
12
El relleno hidráulico ofrece muchas ventajas sobre el relleno de grava seca. Los
más exaltantes se enumeran a continuación:
1. Si el material empleado es relave de una planta concentradora, la
obtención del relleno es gratuita pues los costos de reducción de tamaño
obviamente son llevados por la planta.
2. El transporte hidráulico en tuberías es mucho más eficiente, económico
y veloz, que el transporte a través de echaderos y con carros mineros.
La energía potencial (diferencia de elevación entre entrada y descarga)
se convierte en energía cinética permitiendo transportar el relleno
horizontalmente en la energía ganada en la caída vertical.
3. Al entrar el relleno a la labor en forma de pulpa tiende a buscar su nivel,
eliminando así, la necesidad de esparcirlo manual o mecánicamente.
4. La adición de compactantes, tales como aumento Portland, en la capa
superior reduce grandemente la mezcla del mineral con relleno.
13
5. La granulometría, que se puede controlar a voluntad, y la forma de
deposición en estado de pulpa permiten el relleno hidráulico ofrecer una
altísima resistencia al desplazamiento de las cajas.
6. Para su forma de introducción el tajeo y su consistencia de pulpa de
gran flexibilidad en las técnicas mineras permitiendo cambiar de
métodos de baja eficiencia, y alto consumo de madera, como el método
de cuadros, a métodos con eficiencia hasta tres veces mayores, y
consumos de madera hasta 50%, tales como el corte y relleno invertido.
7. Cuando se emplea relaves como rellenos se puede solucionar el
problema de almacenamiento de datos en superficie. En algunas minas
este problema es de capital importancia.
Si el relleno hidráulico carece muchas ventajas sobre el relleno tradicional de
grava roca, y que a la larga todos ello redunda en menores costos de operación
y/o mayor producción, también tiene ciertas limitaciones que vale exponer para
que las tome en cuenta quién deba investigar sobre la factibilidad del relleno
hidráulico en una operación minera.
1. Requiere una inversión de capital mayor que para el relleno de grava
que generalmente sus instalaciones se desarrollen con la explotación
misma y por ende su costo no carga directamente a operaciones. La
Inversión tiene que estar justificado por una producción tal que el ahorro
por tonelada pague la inversión más intereses en un tiempo juzgado
como razonable dentro del ambiente económico de la empresa.
2. La introducción de agua a la mina puede causar problemas de
sostenimiento y puede ser crítica si la mina se desagua por bombeo. En
estos casos el costo adicional del bombeo debe ser incluido en el costo
de relleno hidráulico. Es conservador estimar que se introducirá más o
menos 180 litros de agua por cada tonelada métrica de relleno
hidráulico.
14
3. Cuando el relleno empleado es releve con alto contenido de pirita y/o
pirrotita, la oxidación de estos sulfuros eleva la temperatura del relleno y
produce anhídrido sulfúrico. Si bien ambos efectos son indeseables, la
experiencia ha demostrado que una ventilación adecuada del tajeo es
suficiente para mantener la concentración y temperatura dentro de los
límites seguros. Hoy es común usar relaves con 60% de pirita y 10% de
pirrotita.
4. Al depositar el relleno en el tajeo, el ideal es que los sólidos se queden
en el tajeo y el agua se elimine. En la práctica el agua arrastre cierta
cantidad de finos que se depositan en las galerías. Existen formas de
reducir la cantidad de finos arrastrados por el agua, así como métodos
económicos para eliminarlos de la galerías.
En resumen se puede decir que el relleno hidráulico puede ser, y casi siempre
lo es, un camino rápido para reducir costos y aumentar eficiencia en las minas
subterráneas.
Es importante hacer notar en este momento que las condiciones de explotación
varían grandemente de una mina a otra y aún entre secciones de una mina,
consecuentemente ciertos factores que son primordiales en un caso pueden
ser despreciables o no existir en otros.
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Diferencias con otros rellenos:
PropiedadRelleno de
Roca
Relleno
HidráulicoRelleno tipo Pasta
Estado Seco 60-73% sólido 65-85% sólido
Sistema de
transporte
chimenea,
equipo
sondajes, cañerías
a través de
gravedad
sondajes, cañerías a
través de gravedad
Cemento si y no si y no si
razón agua
cementobaja Alta
baja a alta dependiendo
de las especificaciones
Velocidad de
depositación100-400 tons/hr 100-200 tons/hr 50-200 tons/hr
Segregación
en la pila se
produce
reduciendo su
resistencia y
rigidez
Se produce
segregación lo cual
induce baja
resistencia
no existe segregación
Rigidezalta si se instala
adecuadamenteBaja
baja a alta dependiendo
de la composición
Contacto con
las paredesdifícil no se puede
fácil para ajustar a
paredes
16
IV) APLICABILIDAD EN MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN:
Se aplica mayormente en minería subterránea en métodos de explotación tales
como:
Corte y relleno ascendente y;
Cámaras y pilares
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Se debe de tener las siguientes condiciones:
Altos porcentajes de leyes
Capital suficiente de inversión
Operadores experimentados
V) REQUISITOS PARA EL RELLENO HIDRAULICO
Los requisitos que el relleno hidráulico debe de satisfacer dependen de las
funciones que se desea que cumpla y estas dependen de las condiciones
especificas de cada mina. Así, en un tajeo de corto relleno en donde las
cajas son muy competentes y no existen problemas de sostenimiento el
principal requisito que se deseara del relleno hidráulico es que se compacte
en l menor tiempo para poder reiniciar el ciclo de minado en el menor
tiempo también. Mientras que en una mina en donde se rellenan antiguos
tajeos de acumulación, para evitar el movimiento de roca, el tiempo de
compactación no tendrá importancia, pero la magnitud de esta
compactación si será primordial.
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Como se dijo en el capitulo anterior, en una aplicación especifica harán uno
o dos requisitos por satisfacer, pero en este capítulo se estudiaran todos los
requisitos que será necesario satisfacer en todas las aplicaciones
frecuentes en la minería.
En el cuadro sinóptico que se presenta a continuación se han clasificado los
requisitos en aquellos de cantidad y aquellos de calidad, y estos últimos, en
una forma algo arbitrario, en requisitos: a corto plazo, a largo plazo y de
ef3ctos secundarios.
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PROBALE PRESENTE
CANTIDAD
MAXIMA FUTURA
RESISTENCIA AL HUNDIMIENTO
A CORTO PLAZO ESTABILIDAD DEL TECHO TAJEOS
RESQUISTOS INVERTIDOS
PARA EL
RELLENO
HIDRAULICO
DENSIDAD RELATIVA
CALIDAD A LARGO PLAZO REDUCCION DE VOLUMEN
ESTABILIDAD DE TAJEOS
INVERTIDOS
CONTAMINACION QUIMICA
DE EFECTOS CONTAMINACION TERMICA
SECUNADRIOS OTROS EFECTOS
20
1. Requisitos de cantidad:
El relleno de minado es en última instancia un problema de volumen y no de
peso, por lo tanto, las cantidades finales de relleno deben ser siempre medidas
en unidades de volumen, tal como metros cúbicos. Sin embargo, durante el
círculo de procesamiento y transporte del relleno es conveniente medirlo en
unidades de paso tal como kilogramos o toneladas. De aquí se deduce que
conocer la densidad del relleno, el peso por unidad de volumen, es de vital
importancia.
En este momento es deseable aclarar un concepto que frecuentemente causa
confusión, y es la diferencia entre la gravedad específica de los sólidos y la
densidad de un relleno. Gravedad especifica de los sólidos es las veces que
una partícula promedio es más pesada que el agua, o incluye solamente la
masa contenida en las partículas solidad esta magnitud es constante para cada
material. La densidad de un relleno frecuentemente llamado densidad in-situ,
es el peso de un volumen conocido; esta magnitud es variable pues incluye los
espacios entre las partículas que varían de acuerdo con la compactación del
relleno. Así, un relleno compuesto exclusivamente de granos de cuarzo tendrá
una gravedad especifica de 2.67, pero podrá tener una densidad in-situ de 1.8
toneladas métricas por metro cubico.
El procedimiento que se le línea a continuación y que se ilustra como un
ejemplo posterior, es útil y sencillo para determinar el volumen del relleno
requerido.
1. Se selecciona la zona de la mina donde se desea emplear relleno
hidráulico. Pero esta selección, cuando no es el total de la mina se
utilizan los siguientes elementos de juicio: conociendo los beneficios del
relleno hidráulico y las características de cada sección de la mina se
puede fácilmente estimar donde los beneficios serán mayores. Así, las
secciones más lejanas de superficie, los lugares con mayor costo de
mantenimiento, las secciones con menores eficiencias, las zonas con
21
mayor concentración de tajeos, etc. son generalmente las áreas donde
el relleno hidráulico traerá mayores beneficios.
2. Se estima la producción futura de estas secciones y se resta la
producción que no necesitara relleno: producción obtenida de desarrollo,
tajeos, por hundimiento, etc. Conociendo la producción futura es se
calcula la producción mensual probable y máxima posible.
3. Se determina la densidad in-situ del mineral, que generalmente es
conocida con bastante exactitud de las mediciones de producción y de
las ubicaciones.
4. Conociendo la producción mensual futura, probable y máxima, y la
densidad, se calcula el volumen mensual probable y máximo que se
habrá de rellenar.
5. Un ejemplo ilustrara el procedimiento. Una empresa desea usar relleno
hidráulico en toda la mina y ha estimado que en los siguientes 5 años
producirá un total de 2.000.000 toneladas de mineral. Se estima que
200.000 toneladas provendrán de desarrollos y tajeos de techo, lo que
deja 1.800.000 toneladas/año 630.000 toneladas/mes. También se
estima que el quinto año se estará produciendo a razón de 39.000
toneladas/. Durante varios años de mediciones de producción se ha
promediado una densidad de 3.0 toneladas/ metors3 para el mineral in-
situ. Los volúmenes mensuales promedio y máximo que habrá que
rellenar serán:
Promedio:
30.000 ton/mes / 3.0 ton/m3 = 10.000m3/mes
Máximo:
39.000 ton/mes / 3.0 ton/m = 13.000 m3/mes
22
Estas serán las cantidades de relleno, medidas en unidades volumétricas, que
habrá que introducir a la mina. Si se seseara conocer estas cantidades en
unidades de peso, habrá que medir la densidad un-situ del relleno a usarse. El
ejemplo anterior, si esta densidad resulta 2.1 ton/m3, entonces los pesos
mensuales serán:
Promedio
10.000 m3/mes x 2.1 ton/m3 = 21.000 ton/mes
Máximo:
13.000 m3/mes x 2.1 ton/m3 = 27.300 ton/mes
Una relación útil a conocer es la relación, al peso, de relleno-mineral, para el
ejemplo anterior será:
2.1 / 3.0 = 07
Lo que significa que para rellenar el espacio dejado por un tonelada de mineral
se necesitaran 0.7 toneladas de relleno.
Centro normalmente un sistema de relleno hidráulico se diseña por su
capacidad horaria es conveniente calcular los flujos horarios. Para este
propósito se requiere conocer cuantas horas al día y cuantos días al mes se
desea operar el sistema de relleno. Estos datos sólo se pueden determinar de
acuerdo a la política operacional de cada empresa, sin embargo, el siguiente
elemento de de juicio será útil: cuanto mayor número de horas al mes trabaje el
sistema mayor será el costo de operación y menor el costo de inversión, y
viceversa.
Asumiendo, para el ejemplo anterior, si se desea que el sistema opere 16 horas
por día y 25 días al mes, entonces el sistema operara 400 horas por mes. Se
estima que el sistema tendrá una eficiencia de operación del 80%, esto es,
20% del tiempo teórico de operación, el sistema estará parado.
23
Entonces:
Promedios
21.000 ton/mes = 65.6 ton/hora
400 hrs/mes x 0.80
Máximos
27.300 ton/mes = 68.25 ton/hora
400 hrs/mes x 0.80
Promedio:
6506 ton/hora / 2.1 ton/m3 = 31.2 m3/hora
Máximo:
85.3 ton/hora / 2.1 ton/m3 = 40.6 m3/hora
Con estos datos se pueden calcular prontamente el tiempo que tomara rellenar
un tajeo, de digamos 450 m3
Con capacidad promedio del sistema:
450 m3 / 31.2 m3/hrs = 14.4 horas
Con capacidad máxima del sistema:
450m3 / 40.6 m3/hrs = 11.1 horas
24
Es útil tabular datos para hacerlos más sinópticos:
La razón por la cual se lleva en forma paralela las cantidades correspondientes
a una producción promedio y máxima es porque existen por lo menos dos
alternativas para satisfacer ambas demandas:
25
Promedio Máximo
Producción de
mineral estimado
T/mes 30.000 39.000
Densidad de
mineral
T/m3 3.0
Volumen por
rellenar
m3/mes 10.000 13.000
Densidad del
relleno
Y/m3 2.1
Tonelaje del
relleno
T/mes 21.000 27.300
Relación al peso
relleno/mineral
0.7
Tiempo de
operación
Hrs/mes 400 400
Eficiencia de
operación
% 80 60
Flujo horario al
peso
T/hr 65.6 85.3
Flujo horario al
volumen
m3/hr 31.2 40.6
1. Se puede diseñar un sistema con capacidad para 65.6 T/hr, pero
susceptible a una sencilla expansión a 85.3 T/hr, cuando la producción
legue a su máximo de 39.000 T/mes
2. Se puede diseñar un sistema con capacidad de 65.6 T/hr, y aumentando
el tiempo de operación a 520 hrs/mes se puede cubrir la máxima
demanda de 27.300 T/mes de relleno que corresponde a la producción
máxima de 39.000 T/mes de mineral.
La exactitud de los datos y cálculos anteriormente expuestos y que
eventualmente determinando la capacidad de un sistema de relleno hidráulico,
dependen principalmente de las siguientes fuerzas:
1. La conexión con que se estima la producción futura de la mina
2. La precisión con que se determina la densidad del relleno
3. En menor grado, la conexión con que se estima la eficiencia de la
operación
Los demás datos se conocen o se determinan con bastante precisión.
2. Requisitos de Calidad :
a) Corto Plazo:
Se han catalogado como requisitos de calidad a corto plazo aquellos que
afectan la operación minera durante el ciclo de minado. En otras palabras,
cuanto mejor se satisfagan los requisitos a corto plazo, el ciclo de minado será
más corto y los contratiempos durante la producción serán menos frecuentes.
a.1) Resistencia al Hundimiento:
La resistencia al hundimiento de un suelo se define como la máxima presión
promedio de contacto entre el suelo y una carga antes de que se produzca una
falla al corte en el suelo y carga se hunda. De esta definición se deduce que la
26
resistencia al hundimiento es función casi exclusiva de la resistencia del suelo
a los esfuerzos al corte, y este hecho ha sido demostrado en los estudios de
mecánica de suelos y en la práctica.
Cuando el relleno hidráulico llega al tajeo, lo hace en forma de pulpa, con
propiedades físicas semejantes a las de un liquido, esto es, con cero
resistencia estática a los esfuerzos al corte. A medida que la pulpa va
perdiendo agua las partículas solidas van entrando en contacto entre si, y la
fricción interarticular es la que va dando una resistencia al corte a la masa de
relleno. Esta resistencia al corte va aumentando con una velocidad decreciente
llegando a un valor máximo (que no necesariamente es cuando ha perdido el
100% del agua, pues un pequeño porcentaje de agua, debido a la tensión
superficial en vasos capilares, puede aumentar la fricción entre partículas y por
ende la resistencia al corte del suelo). Para poder superar el valor máximo de
resistencia el corte obtenido de esta manera, es necesario incluir un agente
constante entre las partículas para que la adherencia entre ellas sea mejor que
con la simple fricción interparticular.
La resistencia al hundimiento, según la definición dada anteriormente, se
expresa con la siguiente ecuación:
P max = C x Cb --------------------------------2.1
En donde:
P max = es la máxima presión antes de fallar el relleno y hundirse la carga que
ocasiona la presión.
C = es la cohesión del relleno, o sea la resistencia al corte
Cb = es un coeficiente que depende del ángulo de fricción interna (ᶲ) del relleno
Un ejemplo ilustrara el empleo de la ecuación de Prandil en relleno
hidráulico. Se han hecho pruebas al corte, a varias edades, con un material
que se desea emplear para relleno hidráulico, en las mismas pruebas se ha
determinado ᶲ =10; y se sabe que la máxima presión que soportara el
27
relleno será la pata neumática de una perforadora que trabaja a 6Kg/cm2y
que tiene un área de apoyo de 100cm2. Se desea saber después de
cuantos días de vaciado al relleno y se podrá ingresar el tajeo para reiniciar
la perforación.
Fuerza del aire sobre el pistón = 6 Kg/cm2 x 25 cm2 = 150 Kg
Presión de la pata sobre el relleno
P max = 150 Kg / 100cm2 = 1.5Kg/cm2
Para ᶲ = 10° Cb = 7.0
P max = C x Cb ----------> C = p max
Cb
C = 1.5 = 0.21 Kg/cm2
Para C = 0.21 Kg/cm2 -------------------------------- = 0.5 días
Se concluye que para las condiciones dadas en el ejemplo, se podrá
reiniciar la perforación después de 12 horas de vaciado el relleno.
Si el resultado hubiera sido C = 0.6 Kg/cm2 se ve que con el material
representado por la curva 1, por más tiempo que se espere no llegara a
tener una cohesión mayor de 0.5 Kg/cm2. Si aun se deseara usar el mismo
material habría que agregarle algún agente cementante para que aumente
la cohesión, y las pruebas al corte resulten, en donde al cabo de
aproximadamente 2 ½ días (60 horas) se podría reiniciar la perforación.
Otro ejemplo: se está empleando un relleno hidráulico con el cual hay que
esperar 4 días para reiniciar el ciclo de minado. Se desea averiguar si
agregándola cemento Portland puede reducir este tiempo y cuanto
28
cemento habrá que agregar para reducir el tiempo a 2 días. Se sabe que la
presión máxima la dará la llanta de un autocargador y será 5Kg/cm2.
Se realizan pruebas al corte del relleno con diferentes proporciones de
cemento y a diferentes edades y se obtiene el grafico de la figura N| 3.
Allí se ve que la curva de cuatreo días de edad (96 horas) tienen una
cohesión de 0.38 Kg/cm2 cuando el relleno no tiene cemento.
Si se desea conseguir la misma cohesión la misma resistencia al
hundimiento, pero en menor tiempo, la línea horizontal punteada corta las
curvas de edades e indica el porcentaje de cemento necesario para cada
requisito. Así, si se desea reducir el tiempo a 3 días habría que agregar
3.2% de cemento a 2 días 4.8%, 1 día 8.4%, etc.
La carga máxima P max esta determinada por las características de trabajo
en el tajeo y se puede calcular con bastante precisión. Entre las cargas más
comunes se encuentran:
Pisado del hombre 0.5 Kg/cm2
Pata neumática de perforadora 1.5 Kg/cm2
Autocargador de 0.3 n3 3.0 Kg/cm2
Jumbo neumático de 2 perforadoras 3.0 Kg/cm2
Hay que tener en cuenta que distintas cargas ingresan a un tajeo a distintos
tiempos después de vaciado el relleno; así si bien un autocargador crea una
presión seis veces mayor que la del hombre, ese ingresa al tajeo,
posiblemente varios días después que el hombre, cuando el relleno ya ha
obtenido una mayor resistencia al hundimiento.
Además de las cargas estáticas y móviles que se ha visto, existen cargas
dinámicas y de indentación que son muy complejas para determinar por
medios matemáticos. Tal es el caso del impacto que causa el mineral
disparado al llegar al piso del relleno. Es requisito primordial que el mineral
29
no se entierre en el relleno por falta de resistencia de este, pero la
determinación de este requisito, hasta ahora, solo se puede realizar en
forma empírica con algunas pruebas piloto y observando la magnitud del
hundimiento del mineral en el relleno. La magnitud de la indentación de un
rastrillo en el relleno tampoco puede ser evaluado analíticamente y solo con
observaciones se puede valorar.
Para controlar estos dos efectos negativos una solución que ha dado
buenos resultados en la práctica es la adiciona de una mezcla rica de
cemento-relleno sobre el piso del relleno. El espesor de esta capa varia de
10 a 30 cm, y la mezcla de 1:2 o 1:6 al peso.
Estabilidad del Techo en Tajeos Invertidos.- En el método de explotación de
corto y relleno invertido (llamado undurout and fill en Norteamérica) el relleno
es el techo del tajeo. Es requisito primordial para emplear este método, al
conocer la carga que ejercerá la masa de relleno, para saber si será auto
sostenida o en contrario para diseñar las columnas de sostenimiento.
Existen métodos indirectos para inferir las propiedades estructurales de un
relleno hidráulico, los más usados son:
a._ El Coeficiente de Permeabilidad, que da una medida indirecta para
averiguar cuan rápidamente el relleno hidráulico pasará del estado de
pulpa al de un cuerpo granular firme.
b._ El Coeficiente de Uniformidad, que da una medida de la gradación
de las partículas del relleno.
c._ El Thixotropismo es una propiedad de ciertas sustancias por la cual
se comportan como sólidos cuando en reposo y como líquidos cuando
expuestos a un impacto o vibración.
30
b) Largo plazo:
El relleno también debe de desarrollar propiedades que serán de utilidad a
largo plazo. Estas propiedades son:
Densidad Relativa.- Es una medida del grado de compactación que adquiere
un relleno. Cuando mayor sea su densidad relativa, menos comprimible será y
mayor resistencia ofrecerá al desplazamiento de las cajas, lo que redundará en
una mayor estabilidad del área de minado.
Reducción de Volumen._Cuando el relleno contiene alta proporción de arcillas,
tiende a reducir su volumen al perder agua. Este afecto es dañino pues permite
el desplazamiento de las cajas y altera la estabilidad de las labores vecinas.
Estabilidad de Tajeos Continuos._ Cuando se explotan cuerpos minerales
(bálsano) tres dimensiones son de las mismas magnitudes, se tendrán tajeos
que colinden lateralmente. Es requisito primordial en estos casos que la pared
de relleno del tajeo anterior no se derrumbe dentro del nuevo tajeo abierto.
31
El empleo de relleno hidráulico puede provocar consecuencias secundarias que
si no se evalúan de antemano pueden causar molestias y en casos extremos
hacer prohibitivo el empleo de relleno hidráulico. Algunas de estas
consecuencias son:
- Contaminación Química: Cuando el relleno hidráulico contiene sulfuros
metálicos, en particular la pirrotita, la oxidación de éstos produce
anhídrido sulfuroso. Si no existe una ventilación proporcionada, la
concentración del gas puede tornarse peligroso.
- Contaminación Térmica: La oxidación de ciertos componentes del
relleno hidráulico es una reacción exotérmica. Si no existe una
ventilación proporcionada el aumento de temperatura en un tajeo puede
ser prohibitivo.
- El agua que se elimina al depositar el relleno hidráulico en un tajeo
puede causar molestias en su disposición y pueda acarrear finos que
eventualmente se depositarán en lugares indeseables.
-
Con pruebas relativamente simples de realizar y con equipo y personal que
normalmente son accesibles a la mediana minería, se puede determinar la
magnitud de ciertos parámetros del relleno hidráulico, con los cuales se pueden
conocer la calidad de un relleno hidráulico y su comportamiento cuando está
depositado en un tajeo. Los parámetros del relleno que pueden proporcionar
esta información son:
Densidad
Razón de poros
Angulo de fricción interno
Cohesión
Coeficiente de Presión Lateral
Coeficiente de Permeabilidad
Coeficiente de Uniformidad
32
Producción de Anhídrido Sulfuroso
Cuando un material que se desea emplear como relleno hidráulico, no satisface
los requisitos de calidad para un uso dado, éstos se pueden modificar. Las
maneras más usuales de modificar las propiedades estructurales de un relleno
hidráulico son:
- Variando la Granulometría, esto es, eliminando cierto tamaño de
partículas (generalmente las más finas), o agregando otros tamaños de
partículas (generalmente gruesas)
- Adicionando componentes cuya función principal es aumentar la
adherencia interparticular.
- Adicionando componentes cuya función es catalizar reacciones entre
las sustancias que forman el relleno y el agua o aire, de manera que se
generen subproductos que mejoran las propiedades del relleno.
- Eliminando componentes dañinos tales como las arcillas.
VI) SELECCIÓN DE MAQUINARIA DEL RELLENO HIDRÁULICO:
Contando con la determinación de contar de utilizar relleno hidráulico en la
explotación de una mina y contando con un estudio del material para el relleno
(relave) el siguiente paso es seleccionar una buena maquinaria y equipo para
implementar una planta de relleno hidráulico para transportar el material de la
planta de relleno a interior mina hasta los tajeos de la explotación, para cumplir
estas expectativas detallaremos lo siguiente.
Selección de hidrociclones:
Los hidrociclones sirven para obtener una granumetria uniforme, libré de
granos finos y limos; siendo apropiado para utilizar en el relleno hidráulico.
33
Para obtener un buen trabajo de los hidrociclones se requiere una alimentación
continua y para lograr un material adecuado como sea requerido. El corte
granulométrico se debe acondicionar al UNDER FLOW y el ÁPEX.
Las condiciones de operación de los hidrociclones deben ser adecuados para
el material con 20% en fracción y -325 mallas que significa adecuar el diámetro
de ápex y vertex a esas condiciones de operación .También es conveniente
mantener constante la presión de alimentación.
La separación en el hidrociclón s efectúa para vatios tamaños de
partículas por la acción de la fuerza centrifuga:
Una partícula colocada en cualquier punto del hidrociclón estará el efecto de
una fuerza centrifuga y simultáneamente de una fuerza de arrastre, por la
corriente del flujo que se dirige al eje central del hidrociclón.
Las partículas gruesas, debido a la aceleración centrifuga que se supera a la
fuerza de arrastre, se ordenan de la pared dl hidrociclon, siendo finalmente
evacuadas por el vértice cónico. A causa de la reducida dimensión de este
solamente se descarga una parte de la corriente como flujo inferior
transportado las partículas gruesas e inclusive todos los sólidos con ella .
La partículas finas, debido al efecto de la fuerza de arrastre que se supera a la
fuerza centrifuga, se desplazan por medo del torbellino secundario acerca al
centro del hidrociclón y se descargan por la tobera del flujo superior.
El hidrociclón posee 3 orificios:
A. Alimentación o entrada (feed)
B. Vértice superior de descarga de partículas finas y agua (overflow o
vertex )
C. Vértice de descarga parte cónica ( under flow )
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El corte de separación deseada se obtiene dependiendo del peso especifico de
la pulpa y de su concentración habiendo también variables adicionales que se
pueden dividirse en 3 grupos.
Variables que se dependen del material alimentado
Variables que se dependen del tamaño del ciclón
Variables posibles durante la operación
Corte transversal del hidrociclon:
Variables del material alimentado.- El volumen de la pulpa no guarda relación
con el tamaño del ciclón, con una pulpa conteniendo partículas gruesas ,se
obtendrá un corte de malla gruesa ; a medida que se disminuye el tamaño de
las partículas se obtendrá cortes de malla más fina sin depender ello del
diámetro del ciclón.
Una alimentación gruesa generalmente aumente también los efectos de
abrasión, especialmente en la bomba.
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Variables en el diseño de los hidrociclones
A. Diámetro de construcción.- El tamaño y forma de alguna parte de los
hidrociclones afecta los resultados de la siguiente manera: al cortarse la
sección cónica el ciclón, se disminuye la capacidad de alimentación y
aumenta la densidad del overflow, al cortarse la dirección cilíndrica se
aumenta la capacidad de alimentación y densidad del underflow.
B. Orificio de entrada: El tamaño del orificio de entrada; determina la
velocidad de entrada de la pulpa, pero su función principal es promover
un patrón de flujo suave en el punto de entrada y pre-orienta las
partículas antes que lleguen al punto tangencial de co0ntacto con las
paredes del cilindro, esto de la mínima turbulencia t reduce las
posibilidades de que las partículas de tamaño más grande entren al
vortex finder debido a la turbulencia.
C. Vortex finder: Desde el punto de vista de su impacto en el resultado de
las operaciones el vortex finder es el orificio mas critico de todos. El
tamaño de este, tiene el mayor efecto en la caída de presión, por el
volumen dado y en general se puede decir que en un mayor tamaño del
vortex finder, corresponde un corte ma grueso y una mayor proporción
de sólidos en el revalse (overflow) y viceversa, pero en un tamaño más
pequeño puede reducir el volumen como la velocidad y puede resultar
una performance inferior.
D. Orificio ápex. La función del orificio del ápex es descargar el material de
tal forma que se obtenga el máximo de densidad y suavidad posible, por
lo tanto debe ser suficiente grande para permitir que la descarga sea
como un chorro de forma cónica, pero esto no debe servir como control
de separación, este orificio nunca debe ser chico, si el choro adquiere
forma de soga, quiere decir, que está pasando un tonelaje más grande
que el orificio pueda descargar, por lo tanto esta carga revalse,
reduciendo la efectividad de la clasificación.
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Variable durante la operación:
Dilución de alimentación.-El más efectivo control o disposición del operador es
la dilución de alimentación, así el uso de agua adicional en la dilución siempre
resulta una operación más fina y exacta.
Medida de la presión: La caída de presión a través de un ciclón es la diferencia
de presión, entre la entrada del ciclón y rebose.
La medida de presión es, meramente una indicación de la energía requerida
para forzar un volumen dado a través del ciclón y no es una indicación del
patrón de fuerzas desarrolladas o empleada, excepto en lo relacionado a
ciertas condiciones particulares de cada operador, se debe tratar por todas los
medios de evitar una excesiva presión, puesto que resulta en una mayor
esfuerzo de la bomba y más altos costos de operación y mantenimiento.
Selección de tuberías:
Es el conducto por el cual circula la pulpa debe la planta de bombeo hacia la
mina.
Sus características deben estar preparadas soportar el desgaste por presión
que se denota en la abrasión por el tipo de mineral construido la tubería se
clasifica en:
Tubería fija de acero:
Es la que compone la línea principal del circuito de relleno hidráulico desde la
salida de la bomba hasta los tajeos, pudiendo ser revestidos interiormente o
no.
El desgaste por abrasión en las tuberías varía de un punto a otro de la línea,
existen 2 alternativas.
37
Se instala toda la línea con tubería revestida interiormente, lo que
implica una inversión inicial bastante fuerte, pero permite eliminar la
mano de obra en el mantenimiento de la línea.
Se instala toda la línea de acero y se sustituye esta con una tubería
revestida en los puntos de desgaste elevado, en función de las
necesidades. Las uniones pueden ser bridas o uniones victaulic. El
acoplamiento victaulic es usado bajo las 3 formas siguientes:
a) Abrasadores tipo 77 y tubos ranurados, la ranura tiene el
inconveniente de disminuir el espesor utilizable.
b) Abrasadores tipo 99 y tubos con extremidades aisladas. El
inconveniente es el costo de la unión.
c) Abrasadores tipo 77 y tubos con respaldo soldado.
Si se trata de tuberías con revestimiento interior se puede utilizar
indistintamente la unión con bridas o la unión victaulic.
Las tuberías con revestimiento interior se utilizan principalmente cuando las
partículas solidas a transportar son angulosas, gruesas o puntiagudas, las
cuales producen un gran desgaste por la abrasión.
Cuando el material a transportar contienen una gran proporción de lamas
tienden a lubricar las paredes de las tuberías de tal forma que las partículas
gruesa no tocan las paredes de la tubería. Sin embargo es necesario remover
las lamas excesivas del material de relleno puesto en el tajeo para que pueda
drenar convenientemente y no forma un núcleo interior barroso.
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TUBERÍAS DE ACERO PARA TRANSPOTAR DE PULPAS:
MATERIAL ESPECIFICACIONJ ESFUERZO LIMITE
INOXIDABLE ASTM A-182-3041120kg/cm2
16000PSI
A1 CARBONO ASTM A-53-GA1120 kg/cm2
16000PSI
A1 CARBONO ASTM A-106-GB1140 kg/cm2
20000PSI
A1 CARBONO API – 5LX-X521640 kg/cm2
23500PSI
A1 CARBONO API -5LX – X601020 kg/cm2
27100PSI
TUBERIAS DE ACERO FORRADOS PARA TRANSPORTE DE PULPAS:
FORROESPESOR
DEL FORRO
APLICACION OBSERVACIONES
CEMENTO 1/8” A ¼”PULPAS ALTAMENTE
ABRASIVAS I CORROSIVASS
UNIONES SOLDADAS
CAUCHO 1/8” A ¼”PULPAS ALTAMENTE
ABRASIVAS I CORROSIVASS
UNIONES SOLDADAS
PLASTICOS PE,PVC,PPL
1/16”,1/8”,1/4”
PULPAS ABRASIVAS Y CORROSIVAS
LARGA VIDA,UNIONES EMBRIADAS O ACOLAMIENTO
VICTAULIC
PRESION DE TRABAJO: 142.2PSI = 10 kg/cm2
PVC: polyvinyl chloride (cloruro de polivinilo)
PE: polythylene (polietileno)
PPL: polyprophylene
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Tubería flexible de plástico:
En el tajeo mismo, conviene que la tunería de llegada del relleno sea flexible
sobre los últimos metros, dependiendo el largo de las dimensiones del tajeo.
Este elemento flexible permite en el curso del relleno del tajeo, desplazar el
punto de llegada y mejorar así la cohesión. La razón es la siguiente en la
proximidad dl punto de llegada se acumulan los productos más gruesos y más
densos, mientras lejos de este, pueden formarse charcos donde se acumulan
los productos finos. No es recomendable usar relleno completamente
desprovisto de elementos finos, siendo conveniente desplazar el punto de
llegada del relleno de tal manera que cada punto de tajeo sea lugar de
sedimentación de gruesos y finos.
Selección de bombas:
Es importante hacer una selección correcta de l abomba por la capacidad de
impulsión de pulpas, para lograr la capacidad normal de la planta de relleno
hidráulico que estará en función a la capacidad horaria de l abomba en régimen
de funcionamiento y densidad de la pulpa bombeada. La bomba es una
40
máquina que absorbe energía mecánica que pude provenir de un motor
eléctrico, térmico, etc. y la transforma en energía que la trasfiere a un fluido de
un lugar a otro, a un mismo nivel y7o a diferentes niveles.
La selección de la instalación debe ceñirse a un diseño y funcionamiento que
permite satisfacer la demanda requerida, utilizando la menos cantidad de
energía posible. Hay siempre tipos de bombas que es la que más conviene en
cada caso, la misma que prosperara el caudal hacia un destino al mayor
rendimiento de la energía.
La bomba debe alcanzar una altura cabeza, que es la suma de la diferencia
topográfica de altura entre la toma y la descarga mas la altura necesaria para
alcanzar la gradiente requerida para el caudal estimado a obtener.
La potencia requerida en el eje de la bomba para producir el desplazamiento
del caudal deseado a la cabeza calculada es: Bhp = Q*H/3.960*eff
El caudal se expresa en galones por minuto y la cabeza en pies.
41
Flujo del relleno:
El relleno es conducido por una velocidad tal que se evite la deposición de las
partículas, esta velocidad, sin embargo debe ser limitada para prevenir el
deterioro de las líneas a causa de la acentuada erosión.
La granulometría y el peso específico de los sólidos son los parámetros que
definen la velocidad crítica o velocidad mínima, se define como el promedio de
velocidades bajas o límites que permiten que una partícula durante si
transporte en un medio líquido no se sedimente. Una velocidad de viaje de las
partículas menor a su velocidad crítica significa una deposición d estas por
sedimentación, frente al fenómeno de atoramiento de tunerías y sus graves
consecuencias que perjudican el normal desarrollo operativo del transporte de
este tipo de mezclas, crea la necesidad de conocer la velocidad critica de las
partículas solidas en función del diámetro de la tubería y el grado de dilución de
la pulpa a conducirse la raíz de esta operación los investigadores
42
Durand y condolios formulan una ecuación donde reúnen varios parámetros
relevantes.
VC =F1*2GD(GE-D)/D
DONDE:
VC: velocidad critica
F1: constante a dimensional
GE : gravedad especifica de los sólidos
D: densidad de la pulpa
d: diámetro de la pulpa
Para el cálculo de la velocidad de diseño se deduce aplicando la fórmula del
caudal.
Q =V*A
V=102732*Q/d2
Luego definiendo las condiciones de flujo se calcula una velocidad que
garantice el arrastre de las partículas que para usos prácticos se debe tener
una velocidad que sea superior por lo menos en una unidad a la velocidad
crítica llamándose a esta velocidad de transporte (Vt).
Vt = Vc +1 pies/seg
De todo lo mencionado anteriormente tenemos:
MINA D pulgVc
pies/segQ M3/S Vt pies/s Vd pies/s
JUANITA 32 4.66 0.0156 5.66 11.23
43
4”
6”
5.38
6.59
0.0156
0.0156
6.38
7.59
6.51
2.83
ANDAY 5” 3.18 0.0126 4.18 3.26
Calculo del tiempo de relleno de un tajeo:
Para conocer el volumen rellenado de una hora se calcula mediante la
siguiente fórmula:
T =P*C*di
DONDE:
P: porcentaje en peso de los sólidos
C: caudal 8m3/hr)
d: densidad de la mezcla
d: densidad insitu
Tomando como ejemplo la mina Andaychagua en donde se tienen los
siguientes datos.
P: 73.68%
C : 0.126M3/S = 45.36 M3/HR
d : 2.2 TM/m3
d : 2.6 TM/m3
Si se rellena en Andaychagua un tajeo con un caudal de 45.36 m3/hr en
realidad se rellena:
0.7368*45.36*2.2/2.6 = 28 m3/hr de relleno in situ.
Si en vez de utilizar una concentración de 60%, dando una densidad de pulpa
de 1.6TM/m3. Con el mismo caudal d 45.38 m3/hr se rellena:
44
0.6*45.36*1.6/2.6 = 17m3 de relleno in situ.
Además la cantidad de agua introducida en la mina varía de manera importante
según la densidad utilizada.
En la mina se requiere un caudal de agua de 0.2632*45.36*2.2 =26m3/hr .En el
supuesto, el caudal es de 0.4*45.36*1.6 = 20m3/hr .Por lo tanto se nota la
importancia de la densidad de la pulpa en:
a) Tiempo de relleno
b) Cantidad de agua introducida en la mina
Drenaje de la percolación:
Un adecuado sistema y drenaje se requiere para sacar el agua residual de los
tajeos mientras son retenidos los sólidos de relleno, el mismo relleno es
permeable y libera el agua por canales o tuberías instaladas dentro del rellano.
Estas tuberías permiten la captación directa del agua desde el piso del tajeo.
El acceso a un tajeo de corte y relleno es un camino encribado con tablas que
va subiendo a través del cuerpo del relleno. La mayoría de los tajeo tienen por
lo menos 2 caminos para dar a la persona una alternativa de escape 8camino
de emergencia), la tolva camino sirve como un sistema de drenaje, la madera
encribado en su parte exterior es cubierta con polyethyleno para permitir la
percolación del agua a través del relleno, mientras se prepare la tolva camino.
La retención de agua máxima de filtro y atrapando las partículas finas dentro
del mismo relleno.
También se usa presas de drenaje auxiliar y tuberías para la decantación y
percolación del agua. Los muros de contención tienen su principal desventaja
en que el área debajo de la barrera donde generalmente el piso del relleno se
deteriora rápidamente si se utiliza para el drenaje del agua.
45
46
VII) PROCESO DE PREPARACIONES DE RELLENO HIDRÁULICO
El material extraído de la planta concentradora que contiene partículas de
minerales residuales en este caso de los minerales sulfurados los cuales
pueden ser pirita, hematita, magnetita ,etc.. El cual es depositado en los
tanques de relave final de planta, luego un parte del relave que es
representada por el 40% es conducido hacia el proceso de preparación para el
relleno hidráulico y la parte del 60% es llevada directamente mediante una
cuneta de relave hacia la cancha de relave en el cual se depositan mayormente
los materiales finos.
La parte de relave (40%) accionada por la bomba centrifuga en la cual su
instalación de la bomba debe ceñirse a un diseño y funcionamiento que
permite satisfacer la demanda requerida en la mina ,es conducida por medio de
tuberías; donde estas tuberías pueden estar revestidas o no por medio de
cemento ,caucho,etc ; hacia los hidrociclones en el cual la pulpa que contiene
materiales gruesos y finos; son separados mediante fuerzas centrifugas y de
arrastre, de las cuales se obtiene dos flujos de pulpa un alimento primario
(feed) que es el primer flujo en los cuales los materiales gruesos se ordenan
en las paredes del hidrociclon el cual este material es descargado por la parte
inferior del hidrociclon donde este orificio es llamado ápex ; y la otra parte que
es el flujo secundario que es la parte de los finos se ordena en la parte central
del hidrociclon en la cual aquí ocurre el proceso de que las fuerzas de arrastre
son mayores a las fuerzas centrifugas la cual es descargada por la parte
superior del hidrociclon donde este orificio es conocido como el vortex donde
este material fino es conducido por medio de una cuneta de relave hacia las
canchas de relave ; donde esta pulpa que es descargado por el ápex con
materiales sólidos de granulometría gruesa sigue el proceso del relleno
hidráulico.
47
El material clasificado de los hidrociclones es descargado al tanque de relave
clasificado lo cual almacena el relave clasificado; el cual es accionado por una
bomba centrifuga cuya finalidad es trasportar por medio de tuberías la pulpa
clasificada hacia las instalaciones superiores de la planta ubicadas sobre la
superficie de las labores de explotaciones subterránea.
VISTA DE UNA
UNIDAD DE BOMBEO DE RELLENO EN SUPERFICIE, CON SILOS PARA ÁRIDOS
La pulpa es depositada en los silos de relave; los cuales tiene una cierta
capacidad de almacenamiento de relave clasificado; luego son transportados
por tuberías hacia el tanque agitador que se encarga de diluir la pulpa por
medio de agua para que no se una pulpa espesa y sea más fácil de transportar
hacia el tanque distribuidor que se encargara de distribuir el relleno hidráulico
por medio de tuberías en las cuales estas tuberías deben ser flexibles para un
mejor manejo a la hora de llegada del relleno hidráulico a los tajeos porque sino
los materiales gruesos se estancarían en una parte y los finos se dispersarían
por el tajeo, por esto las tuberías deben ser flexibles para poder cambiar el
punto de llegada del relleno hidráulico el cual este material es accionado por
una bomba centrifuga y es ayudada por la fuerza gravitacional .
48
Tuberías flexibles para el relleno hidráulico
Tanque agitador
49
50
ESQUEMA DEL CIRCUITO DEL RELLENO HIDRÁULICO (FLOWSHEET)
48
Bomba centrifugaSilos de relave clasificadoTanque agitadorTanque distribuidorBomba centrifugaDescarga a la mina por gravedad
LEYENDA
Planta concentradoraTanque de relave final de plantaBomba centrifugaBatería de HidrociclónTanque de relave clasificadoCuneta de relave a presa
2
3
4
5
6
7
8
9
1011
12 1
49
VIII) PREPARACIÓN PARA EL RELLENO DENTRO DEL TAJEO
El primer paso es la limpieza del mineral fino que queda en el tajeo lo cual este
tajeo debe quede bien limpio para que no halla imperfecciones a la hora del
llenado del relleno; luego se prepara el tajeo para el relleno tapando todas las
zonas de posibles fugas del material de relleno colocando tapones o barreras;
en esta operación se utiliza madera redonda para los postes los cuales van
hacer colocados de forma perpendicular a las paredes de los tajeos se coloca
en las partes finales de los tajeos los cuales van hacer enrejados con tablas
dejando un espacio de 2 pulgadas entre tablas. Estas barreras se cubren con
tela de polipropileno o poliyute (de 8 a 10 onzas de peso por metro cuadrado),
la cual se clava a las tablas un tanto flojas, es decir una distancia también de 2
pulgadas para que el relleno pueda amoldarse a las formas de la madera y no
se adhiera el material a las tablas. El contorno de esta tela va fijada a la pared
del tajeo con una mezcla de cemento y yeso (diablo fuerte) los cuales sirven
para sujetar y no permitir que el polietileno (tela) se salga.
Otra cuadrilla de operarios va instalando la tubería la cual debe ser flexible de
plástico para su mejor manejo dentro del tajeo a rellenar desde la red de
tubería principal de relleno. Cabe señalar que antes de mandar el relleno
hidráulico se debe limpiar las tuberías por medio de agua por rellenados
anteriores que hubo ; después de realizar este paso el operario que se
encuentra en la parte del tajeo a rellenar manda la orden de que envíen el
relleno hidráulico en cual es enviado desde superficie (NV 2375) hasta los
niveles inferiores (NV 1937 y NV 1815) a través de una tubería de por gravedad
y que luego desde los niveles inferiores se reparten a las diferentes labores a
rellenarse, después de haber concluido de rellenar el operario manda la orden
de que paren el envío de relleno .
4849
IX) RELLENADO DEL TAJEO
Una vez preparado el tajeo, el operador de superficie procede a enviar agua
para lavar la red de tuberías con la finalidad de evacuar posibles vestigios de
relleno de anteriores envíos y comprobar que la tubería no esté atorada.
En seguida el operador de interior mina observa que llegue el agua al tajeo y se
comunica por teléfono con el operador de superficie solicitando el envío de la
pulpa.
En lo posible debe evitarse que las barreras no reciban el impacto directo de la
pulpa para evitar deterioros de la misma.
El proceso de rellenado continúa hasta que el operador de interior mina
comunique el termino del proceso o alguna parada por algún problema; este
operador debe cuidar que el drenaje de agua se realice correctamente, para lo
cual se utiliza tubos ranurados de 4’’∅ .
En la práctica se ha comprobado que un coeficiente de permeabilidad de
10cm/hr es el ideal para la consolidación de un relleno. Un coeficiente de
permeabilidad menor de 3cm/hr se dice que demora excesivamente en eliminar
el agua; en cambio un coeficiente de permeabilidad mayor de 20cm/hr puede
causar el fenómeno de embudo, por el cual se forma pequeños conductos
abiertos dentro de la masa de relleno a través de los cuales fluye la pulpa a
gran velocidad saliendo buena cantidad de relleno a las galerías.
Con respecto a la resistencia al hundimiento del relleno este debe tener una
cohesión de c= 0.5 Kg/cm2
Al culminar el proceso de rellenado, el operador de superficie debe enviar agua
para lavar la tubería. En la figura se esquematiza el proceso de minado de un
tajeo con corte y relleno hidráulico en forma ascendente.
50
Problemas En El Proceso De Rellenado
En la mina Jimena los problemas más comunes en los primeros días de
aplicación del relleno hidráulico fueron los atoros de tuberías, estos se debía
principalmente a la falta de experiencia del personal encargado de enviar el
agua y la pulpa desde la planta de relleno. Luego estos problemas se están
minimizando al tener un personal cada vez más experimentado.
Las filtraciones y escapes de la pulpa son otro problema, los cuales se
producen por una mala preparación del tajeo. Esto causa inundación de las
rampas, galerías y pozas de decantación de los niveles inferiores.
Los desgastes de tuberías son consecuencia del rozamiento de la pulpa contra
las paredes de la tubería. La duración de las tuberías depende de la ubicación
y ángulo de inclinación que tengan. Las tuberías instaladas verticalmente tiene
poco desgaste cuando estás instaladas a plomo y bien aseguradas; mientras
que las tuberías instaladas en forma horizontal tienen un mayor desgaste en la
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parte inferior, por lo que es recomendable hacer una rotación de las tuberías
cada cierto tiempo para tener un desgaste uniforme.
a) Precauciones en Paradas Intempestivas:
En toda parada de operación por diferentes motivos es necesario contar con
algunas indicaciones de precaución entre estas se considera:
- Para cortar el envío de la pulpa, habiendo recibido la comunicación
respectiva se debe cambiar por agua hasta completar el lavado de materia
solido hacia el tajeo.
- Se completa la operación de limpieza dejando abierto la válvula de agua
limpia de la planta para la limpieza de la tubería de la red inicial
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b) Precauciones para concluir el rellenado:
Antes de concluir el rellenado; operadores de mina comunican a planta de
relleno que debe cortar el envío de la pulpa dando tiempo así para que tomen
las precauciones necesarias estos son:
- Determinar la parada del repulpeo de alimentación
- Seguir los pasos de paradas intempestivas
c) Mantenimiento del sistema de Relleno:
Para garantizar la continuidad de funcionamiento del sistema de relleno y/o la
conservación del mismo es conveniente programar regularmente un
mantenimiento preventivo que debe ser por lo menos una vez por mes, por lo
general se programa en días sábados o domingos para evitar paradas no
programadas.
Las paradas no programadas se consideran las paradas intempestivas.
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X) VENTAJAS Y DESVENTAJAS:
Ventajas del relleno hidráulico:
- Cuando se utiliza relave de una planta concentradora el costo de la
obtención del material es cero, ya que la planta cubre los costos de
reducción de tamaño del material.
- Cuando se utiliza el material detrítico producto de las labores de
preparación y desarrollo se contribuye a maximizar la vida útil de las
desmontaras y asimismo se minimiza el impacto ambiental.
- El transporte en tuberías es mucho más económico, eficiente y rápido
que con otro tipo de transporte.
- Al depositarse el relleno en el tajo en forma de pulpa tiende a buscar su
nivel en forma natural, eliminando así la necesidad de utilizar recursos
adicionales para esparcirlo manual o mecánicamente.
- El relleno hidráulico por la granulometría del material que es de fácil
control permite una alta resistencia al movimiento de las cajas.
- El relleno hidráulico permite aumentar la eficiencia y productividad en los
tajos debido a la disminución del consumo de madera y a la reducción
del costo de minado por la versatilidad que brinda.
Desventajas del relleno hidráulico:
- El sistema de relleno hidráulico requiere una alta inversión de capital,
para lo cual es necesario tener un sustento financiero de aplicabilidad.
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- La introducción de agua en el relleno a la mina es un problema si el
drenaje se realiza por bombeo.
- Cuando se utiliza material con contenidos altos de pirita o pirrotita, al
oxidarse estos sulfuros se produce una reacción exotérmica lo cual
eleva la temperatura y produce anhídrido sulfuroso.
- En el agua de drenaje del relleno siempre arrastra cierta cantidad de
finos los cuales se depositan en los niveles inferiores de las labores
rellenadas.
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CONCLUSIONES
Es frecuente escuchar en el ambiente minero que la explotación minera no es
una ciencia sino un ente porque las ecuaciones y métodos matemáticos no son
aplicables a la naturaleza minera por ser ésta compleja, variable o
impredecible. El relleno hidráulico es un material que, para los propósitos de la
minería, es homogéneo, isotrópico, con características químicas, físicas y
estructurales, no solamente predecibles sino controlables, y cuyo
comportamiento se puede medir y controlar con una precisión muy semejante a
la que hoy en día se acepta para medir y controlar el comercio.
La mayoría de las ecuaciones presentadas en este trabajo están basadas en
principios de la mecánica de suelos, principios mundialmente aceptados y
aplicados con éxito durante muchas décadas o materiales menos homogéneos,
predecibles y controlables que el relleno hidráulico.
La información que se presenta en este trabajo servirá para que los usuarios de
rellenos hidráulicos puedan especificar la cantidad y calidad de relleno que
necesitan para que en sus operaciones resulta en una contribución económica.
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BIBLIOGRAFÍA
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Perú
- LIBRO DE EXPLOTACUION SUBTERRANEA - FACULTAD DE ING DE
MINAS DE LA UNIVERISADAD NACIONAL DEL ANTIPLANO (PUNO)
- CÁLCULO Y DISEÑO DE INSTALACIONES PARA RELLENO
HIDRÁULICO DE MINA – Toledo G. F. Enrique
- DISEÑO DE MINAS SUBTERRANEAS – CATEDRA CODELCO DE
TECNOLOGIA MINERA
- APLICACIÓN DE RELLENO HIDRÁULICO EN LA MINA JIMENA DE
COMPAÑÍA MINERA PODEROSA S.A. – TESIS
- UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO - FACULTAD
DE INGENIERÍA
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Valencia Gaspar
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http://www.scribd.com/doc/22497262/metodo-de-explotacion-
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POLIMETALICA SUBTERRANEA
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http://www.concytec.gob.pe/redandina/pnuma/reunregionales/
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