Clase01_2013_I Introduccion y Procesos Mineros

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniera Geolgica Minera y Metalrgica

Escuela Profesional de Ingeniera de Minas

MI 115 Mtodos de Explotacin Subterrnea

Ciclo 2013 - I

ING. FRANCISCO GRIMALDO Z.

Abril 2013

METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEA




Ciclo 2013 - I

F. Grimaldo/ Abril 2013

MINERIA Y ECONOMIA GLOBAL




Ciclo 2013 - I


Que observamos aqu?

Cobre Industria construccin




Ciclo 2013 - I


Que observamos aqu?

Zinc galvanizacin, autos, electrodomsticos




Ciclo 2013 - I


Que observamos aqu?

Plomo fuente barata, confiable y sin sustitutos para producir bateras




Ciclo 2013 - I


Produccin minera peruana

PRODUCCION METALICA - RANKING MUNDIAL 2010

MINERAL MUNDO LATINOAMERICA

Plata 1 1

Zinc 2 1

Estao 3 1

Plomo 4 1

Oro 6 1

Mercurio 4 2

Cobre 2 2

Molibdeno 4 2

Selenio 9 2

Cadmio 12 2

Hierro 17 5




Ciclo 2013 - I


Exportaciones

2006 2007 2008 2009 2010

US$ MM

Exportaciones 23,830 27,882 31,529 26,885 35,565

Exportaciones mineras 14,735 17,238 18,657 16,361 21,723

% Export.Minera/Export. 61.8% 61.8% 59.2% 60.9% 61.1%




Ciclo 2013 - I


POR QUE HACER MINERIA?




Ciclo 2013 - I


El ser humano desde su aparicin en la Tierra, siempre se ha ayudado de instrumentos para cambiar la naturaleza a su favor; de modo que estos cambios hagan su vida mas sencilla.

POR QUE HACER MINERIA?

Al inicio emple piedras, palos, pieles, huesos.elementos que bsicamente podan ser manipulados, pero que no necesitaban una modificacin estructural.

En cambio con los metales requirieron una modificacin trabajosa; que una vez que lo lograron, del punto de vista histrico toma una gran importancia, que marcan el entendimiento del flujo de la historia hasta nuestros das.

Desde nuestra etapa de colegial nos ensean que el empleo y/o descubrimiento de los metales marcaron el antes y despus el desarrollo de la humanidad.




Ciclo 2013 - I


Existen evidencias de que el hombre prehistrico se vio atrado desde pocas iniciales por los minerales metlicos, ya sean por su singularidad o belleza, como en el caso de la malaquita o azurita (ambos minerales de cobre), y en otros por su capacidad para utilizarlos en la decoracin del cuerpo, tejidos o diversas superficies.

poca Pre Histrica

Minera en el desarrollo de la humanidad

Este ltimo caso es del ocre, palabra genrica que designa diferentes xidos de hierro, del que se verifica su utilizacin desde hace 300.000 aos en Terra Amata, Niza y se encuentra muy frecuentemente asociado a yacimientos paleolticos.




Ciclo 2013 - I


Edad del Cobre


8,000 a 7,000 aos A.C, se trabaja el cobre nativo, por su fcil manejo. 5,000 aos A.C. se logra la fundicin y moldeo (Mesopotamia)

Estas explotaciones consistieron en trincheras excavadas a cielo abierto de entre 10 y 80 mts. de longitud y 2 y 20 mts de profundidad. Otra mina, Rudna Glava, emplea el mtodo de colocacin de hogueras (calentar la superficie a explotar, luego se echa agua para crear grietas).

4,000 aos A.C, se tiene un manejo mas avanzado de la fundicin de cobre. Fabricacin de armas (hachas) y se inicia una explosin de las culturas cuprferas Vina y Gumelnitza en forma espectacular a las que se asocian las explotaciones mineras de Ai Bunar.




Ciclo 2013 - I


2300 aos A.C.: Gran descubrimiento, la aleacin del cobre

con el estao (3 a 20%), disminuyeron al temperatura de

fusin y una aleacin de mayor dureza.

Sin embargo, la Edad del Bronce llevaba en su seno su propia

contradiccin, la dificultad de obtener suficientes cantidades de

cobre o estao llev a muchas de estas sociedades a repetidas

crisis.


Edad del Bronce

La imposicin del bronce hace que las armas

sean cada vez ms numerosas y ms tiles

para la guerra. El bronce conoci enormes

xitos con la aparicin de los primeros grandes

imperios como los orientales, el del Egipto

faranico, el de la Creta minoica o los reinos

de Wessex, Armrica o Dinamarca.




Ciclo 2013 - I


Los primeros en entrar en la Edad del Hierro fueron los hititas (Palestina) y

solo fueron necesarios unos siglos para que a continuacin lo hiciera todo el

mundo antiguo.

Aunque el trabajo del hierro es el ms difcil de realizar de entre todos los

metales, las posibilidades que ofrece, su mayor eficacia y la dificultad de

abastecerse de cobre y estao hicieron que el hierro substituyera a las

labores asociadas al cobre de manera bastante rpida.

E conocimiento del carburado fue decisivo en su expansin. Este

conocimiento se extendi rpidamente al Prximo Oriente, Chipre y el

Egeo, y en algunos siglos a Europa, gracias a su abundancia de hierro y a

los numerosos bosques que posibilitaban la obtencin de grandes

cantidades del carbn vegetal. La colonizacin griega y fenicia hizo que el

hierro se difundiera rpido por la Pennsula Ibrica, el norte de frica y,

seguramente, por la fachada atlntica, alcanzando su apogeo en el mundo

celta donde se integra en los objetos de la vida cotidiana.


Edad del Hierro

Inicio a 1,200 aos

A.C.




Ciclo 2013 - I



HIERRO CARBON ACERO + =

El acero es una aleacin de hierro y carbono,

donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la

composicin de la aleacin, alcanzando

normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%.

Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan

lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser

quebradizas y no poderse forjar a diferencia de los aceros, se moldean.




Ciclo 2013 - I


Lo que sigui en adelante ya es conocido:

Etc., etc





Ciclo 2013 - I


La minera desde el punto de

vista econmico es un

proceso de suministro;

basado en la existencia

geolgica de minerales que

se explota por la existencia

de un mercado de minerales

(commodities) que a su vez se deriva de las necesidades

humanas.

Definicin de MINERIA en un contexto histrico:




Ciclo 2013 - I


Definiciones principales para el curso

- Minera: actividad humana de extraccin de recursos minerales de una zona con concentracin natural, la cual produce un beneficio econmico.

- Yacimiento: zona o cuerpo de concentracin natural de recursos minerales.

- Mina: yacimiento en el cual es posible realizar una extraccin de recursos minerales con un beneficio econmico.

- Beneficio econmico: es la condicin principal en la actividad minera, sin un beneficio econmico no se puede desarrollar actividades de extraccin, salvo que se realice esta actividad por un beneficio social (ej. minas de carbn subvencionadas por el estado), o que se haga por un beneficio estratgico/energtico (ej. Uranio).




Ciclo 2013 - I


Significado de la palabra Mtodo?

Proviene esta palabra del griego metha (ms all) y odos (camino).

Literalmente significa camino o va para llegar ms lejos; hace referencia al medio para llegar a un fin.

EntoncesQue significara Mtodos de Explotacin Subterrnea?

Las formas, vas o caminos para llegar a ejecutar una Explotacin Subterrnea econmica del mineral que est depositado en la

naturaleza.

Mtodos de Explotacin Subterrnea




Ciclo 2013 - I


Dedicaremos el esfuerzo en este curso para conocer y

explicar los mtodos de explotacin subterrnea ms

conocidos y prcticos, a fin de sealar las diferentes

estrategias que tenemos a la mano y que puedan Uds. usar

en sus trabajos futuros como Ingenieros de Minas, ya que

nuestro campo de desarrollo principalmente es el de

solucionar problemas de diversa ndole ante diversos tipos

de yacimientos mineros.

A que nos dedicaremos en el curso Mtodos de Explotacin

Subterrnea




Ciclo 2013 - I


A inicios de 1900 la minera tenia un alto empleo de la mano de obra con muy poca mecanizacin y una supervisin muy autoritaria.

Evolucin Minera Subterrnea en los ltimos 100 aos

A mediados de 1950 incremento de empleo de perforadoras neumticas, winches elctricos, carros mineros y una supervisin tipo pushman.

De 1980 en adelante se incrementa el empleo de jumbos de perforacin, equipos LHD, locomotoras de mayor tamao, desatadores de rocas, y el tipo de supervisin cambia a una de tener una mayor planificacin y control, con el empleo de herramientas de mejora continua, manejo de sistemas de gestin tanto para la propia operacin como para los temas de seguridad y medio ambiente.

Por lo que actualmente necesitamos un Ingeniero de Minas que tenga un fuerte liderazgo para efectuar los cambios necesarios en el momento oportuno, y actuar con todas las herramientas que dispone para afrontar con serenidad los retos de cambios cclicos que se presenta en la minera.




Ciclo 2013 - I


ETAPA DEL PROCESO MINERO




Ciclo 2013 - I


EXPLOTACIN /

OPERACIN

Minado

Medio Ambiente, Seguridad, Labores, Logstica, Recursos Humanos

Gelogos Concentracin

metalrgica

Comercializacin

INICIO /

CONSTRUCCIN DEL

PROYECTO MINERO

Etapas del Proceso Minero

EXPLORACION Y

DESARROLLO

PROSPECCION

CIERRE DE

MINA




Ciclo 2013 - I


Gelogos de

exploraciones

Modelamiento

Econmicos

Investigadores Metalrgicos

Ingenieros Metalurgistas

Ingeniero Qumico

Ambientalistas

Especialistas en temas

sociales

Ingenieros de proyecto (diversas especialidades)

Ingenieros Civiles, Mecnicos, Electricistas, Electrnicos, otras

profesiones, etc.

Cateo/Exploracin superficial

(trincheras,

muestreos, medias

barretas

Geofsica, geoqumica

Perforaciones diamantinas

iniciales

Estudio conceptual (incertidumbre 35-

40%)

Estudio de prefactibilidad (15-

25%)

Determinacin

de reservas

Cdigos internacional

es (JORC)

Perforacin diamantina

Estudio de Factibilidad (5-

10%

incertidumbre)

Ing. Detalle (financiamiento)

Determinacin final, mtodo de

explotacin

minera

Mtodo de tratamiento

metalrgico

Pruebas metalrgicas

Evaluacin Impacto

Ambiental

Evaluacin Social

Ingenieros de Proyectos, especialistas

en diseo de:

Explotacin Minera (subterrnea y tajo abierto).

Metaurgia. Procesos metalrgicos. Ambiental. Gelogos. Legal: permisos de operacin Social: Licencia Social.

Estudio de Factibilidad / Construccin

del Proyecto Estudio conceptual / Prefactibilidad




Ciclo 2013 - I


Scopyng Study Prefeasibility Study Feasibility Study Detail Design

Item Estudio de alcanceEstudio de factibilidad

preliminarEstudio de factibilidad final Diseo detallado

Lugar

Ubicacin geogrfica Supuesto General Aproximado Especfico

Mapas y mediciones No Si est disponible Disponible Detallado

Estudio de suelo y bases No No Preliminar Final

Visitas al lugar por el equipo del proyecto Posible Recomendado Esencial Esencial

Minado

Base para programacin Recusros indicados / inferidos Recursos medidos / indicados Reserva probada / probable Reserva probada / probable

Mtodo de minado Supuesto Preliminar Optimizado Finalizado

Produccin de mina Por analoga Preliminar Optimizado por programacin detallada Finalizado

Geotecnica Supuesto Preliminar Detallado Finalizado

Seleccin del equipo No esencial Preliminar Tipo y capacidad Marca y modelo

Procesamiento

Diagramas de procesos Supuesto Preliminar Optimizado Finalizado

Pruebas de bench-scale Si est disponible Recomendado Esencial Esencial

Pruebas de planta piloto No necesario Recomendado Recomendado Esencial

Balance de energa y materiales No esencial Preliminar Optimizado Finalizado

Diseo de infraestructura

Tipo de infraestructura Conceptual Posible Probable Actual

Seleccin de equipo Hipottica Preliminar Optimizado Terminado

Plano General - Mecnico A veces Minimo Preliminar Completo

Plano General - Estructural No Perfil Perfil Preliminar

Plano General - Otros No No Single-line Algun detalle

Planos de tuberas No No Single-line Algun detalle

Planos de instalaciones elctricas No No Single-line Algun detalle

Especificaciones No Desempeo Equipo general / principal Detallado

Presa de relave Conceptual Preliminar Optimizado Finalizado

Base para Costo de Capital estimado

Estimado preparado por Staff del proyecto Ingeniero especialista Ingeniero especialista Tasadores

Cotizacin de proveedores Archivos existentes Una fuente Varias Competitivo

Obras civiles Borrador Clculos de planos Clculos de planos Take-offs

Obras mecnicas % de maquinaria % de maquinaria Horas-hombre / ton Horas-hombre / ton

Obras estructurales Borrador Planos preliminares Take-off / ton Take-off / ton

Tuberas e instrumentacin % de maquinaria % de maquinaria Take-off Take-off

Obras elctricas S$ / Kw S$ / Kw Take-off Take-off

Costos indirectos % del total % del total Calculado Calculado

Precisin (basada en la experiencia) 20 - 25% 15 - 20% 15% 10%

Determinacin de costos operativos

Mano de obra Supuesto Investigado Investigado Negociado

Sobrecostos Supuesto Calculado Calculado Calculado

Energa Supuesto Actual Actual Contrato

Combustible Supuesto Referencia verbal Referencia escrita Contrato

Suministros de consumo Supuesto Referencia verbal Referencia escrita Contrato

Reactivos Supuesto Referencia verbal Referencia escrita Contrato

Suministros de mantenimiento Supuesto Referencia verbal Referencia escrita Contrato

Anlisis econmico Si es significativo Si se exige Obligatorio Si se solicita

REQUERIMIENTO DE INGENIERIA POR TIPO DE ESTUDIO

Control de proyectoEvaluacin preliminar

comparacin / rechazoUso de clculos

Compromiso para estudio de

factibilidad finalCompromiso para realizar el proyecto

Requerimientos

de Ingeniera por

tipo de Estudio en el desarrollo

de un proyecto

Minero




Ciclo 2013 - I


Como se buscan los

minerales en terreno?

Qu importancia tiene el

conocimiento de

procesos y

caractersticas geolgicas

para el Gelogo y para el

Ingeniero de Minas?

PROSPECCION




Ciclo 2013 - I


Es la bsqueda de zonas geolgicas susceptibles de explotacin (vetas, diseminados, lavaderos) sobre zonas en las que se presume existe un yacimiento minero. Con estos trabajos se descubren yacimientos nuevos y se describen en forma preliminar en su forma, dimensiones y composicin mineral. No existe un lmite bien definido entre la bsqueda y la exploracin, siendo el conjunto de estos la PROSPECCION GEOLOGICA.

BUSQUEDA - CATEO




Ciclo 2013 - I


OBJETIVOS DE LA EXPLORACIN Aplicacin de las diferentes tecnologas de exploracin geofsica y geoqumica, aplicadas a la investigacin del espacio subterrneo, especialmente para la DETERMINACION DE RECURSOS MINERALIZADOS. Geofsica Aplicada, se muestran detalladamente las diferentes metodologas de prospeccin geofsica, tanto de superficie como a travs de sondeos. Prospeccin Geoqumica pretende informar al alumno en las variadas tcnicas de investigacin geoqumicas aplicadas a la exploracin subterrnea y al Medio Ambiente.

EXPLORACION Y DESARROLLO




Ciclo 2013 - I


EXPLORACIONES Y DESARROLLO

Mtodos aplicados para la exploracin:

- Geofsicos: Magnetometra, Gravimetra y electrometra,

sismografa, radiometra, etc.

- Geoqumicos

- Perforacin diamantina: es el mtodo ms difundido

- Trabajos adicionales: pozos de cateo, calicatas, etc.




Ciclo 2013 - I


EXPLORACIN MINERA

Antes de las actividades de terreno VUELOS AEROMAGNTICOS

HIPERESPECTRALES, ETC.




Ciclo 2013 - I


GEOFSICA APLICADA Prospeccin Geofsica: Geofsica Pura y Geofsica Aplicada. Clasificacin de los mtodos geofsicos. Planificacin de los trabajos de prospeccin. Aplicaciones . Prospeccin Geoelctrica. Concepto de resistividad (de aguas naturales, de rocas) . Clases de Conductividad. Anisotropa. Polarizacin dielctrica de los minerales. Constante dielctrica de las rocas. La Permeabilidad magntica. Sondeo Elctrico Vertical. Mtodo de Polarizacin Inducida.Polarizacin de electrodos y de membrana. Valores de cargabilidad de rocas y minerales. Calicatas, Sondeos Elctricos y Tomografas de P.I. Mtodos electromagnticos. Campos electromagnticos. Clasificacin: Mtodos electromagnticos en el dominio de la frecuencia. Tcnica del Geo-Radar. / Satelital




Ciclo 2013 - I


GEOFSICA APLICADA (continua) Mtodos Ssmicos. Mtodo de ssmica de reflexin Gravimetra . Introduccin. Variacin de la gravedad sobre la superficie terrestre y reduccin de la fuerza de la gravedad. Interpretacin de anomalas gravimtricas. Conceptos fundamentales en magnetometra. Fases de la prospeccin magntica. Interpretacin. Calculo de la anomala. Interpretacin: separacin regional y residual. Medidas del Potencial Espontneo (P.E.). Origen del potencial espontneo: Potencial electrocintico, potencial electroqumico. Actividad inica: concentracin, resistividad. Potencial espontneo esttico. Interpretacin y aplicaciones. Medida de la radiactividad natural gamma (Diagrafia de rayos gamma).




Ciclo 2013 - I


AEROMAGNETISMO ANOMALA GEOFSICA - CONDUCTIVIDAD




Ciclo 2013 - I


PROSPECCIN GEOQUMICA Composicin qumica de la tierra. valor Clarke. Comparacin de los valores Clarke. Calculo regional de los valores Clarke. Leyes de migracin de los elementos. Principales mtodos de anlisis geoqumicos. Prospeccin por sedimentos de arroyos. Formacin de anomalas secundarias. Factores y procesos de formacin. Suelos: definicin, caractersticas y tipos. Anomalas de los suelos. Prospeccin litogeoqumica. Mtodo de prospeccin hidrogeoqumica. Barreras de precipitacin. Variacin de las anomalas en el tiempo. Anomalias en las aguas subterrneas , de escorrenta y lagos. Mtodos biogeoqumicos. Mtodos de prospeccin . Absorcin de los elementos por las plantas. Prospeccin geoqumica del oro. Tipos de placeres aurferos Etc.




Ciclo 2013 - I


Distribucin geoqumica de Cu:

geoqumica de exploracin




Ciclo 2013 - I


PERFORACIONES DIAMANTINAS Es uno de los mtodos ms difundidos en la exploracin, donde a veces se hacer perforaciones de hasta varios kilmetros de profundidad. En este proceso de sondeo se extraen de los pozos las muestras (testigos) de rocas, segn las cuales se determina la constitucin litolgica del yacimiento.




Ciclo 2013 - I


PERFORACIONES DIAMANTINAS Permiten descubrir nuevos cuerpos mineralizados que estn ms all de la superficie del subsuelo luego de haber efectuado una interpretacin geolgica. En muchas operaciones, se emplean las perforaciones diamantinas para delimitar los cuerpos mineralizados ya descubiertos, permitiendo definir sus caractersticas fsicas y qumicas con mayor detalle a fin de aplicar el mtodo de explotacin que ms se adecua. La perforacin diamantina extrae un core, que luego es analizado longitudinalmente de las cuales se toman las muestras (la mitad para ensayos y la otra mitad queda en almacenamiento). Los cores ms grandes, permiten la ejecucin de pruebas metalrgicas En la perforacin los detritus retornan a la superficie para complementar las muestras. Los tamaos ms comunes para la exploracin con perforaciones diamantinas son los NQ y CHD 76.




Ciclo 2013 - I


Bit Size Core Diameter

mm

Hole Diameter

mm

AQ 27.0 48.0

BQ 36.5 60.0

NQ 47.6 75.7

HQ 63.5 96.0

PQ 84.0 122.6

CHD 76 43.5 75.7

CHD 101 63.5 101.3

CHD 134 85.0 134.0

TIPOS DE BROCAS TIPICAS EN PERFORACION DIAMANTINA




Ciclo 2013 - I


PERFORACIONES DIAMANTINAS (continua) Permite determinar los ndices de calidad de rocas, rate de penetracin, porcentaje de prdida del core, prdidas del retorno del agua, etc. La informacin se va registrando y permite a los gelogos hacer el logeo (logging). Por lo general, actualmente se usan softwares para procesar esta informacin. La perforacin se hace desde superficie bajo una malla definida de perforacin, la orientacin la dar el gelogo de acuerdo a la interpretacin que tenga del cuerpo mineralizado (rumbo, buzamiento, plunge, etc). Se usan las coordenadas geogrficas para llevar un mejor control de la ubicacin del taladro.




Ciclo 2013 - I


RESULTADOS TIPICOS PERFORACION DIAMANTINA DE EXPLORACION




Ciclo 2013 - I


MODELAMIENTO DE CUERPOS MINERALIZADOS Con la informacin obtenida en la perforacin diamantina, as como con los levantamientos topogrficas y las interpretaciones geolgicas realizadas se va alimentando a los diversos formatos de los softwares existentes, y estos van modelando geolgicamente el cuerpo mineralizado.




Ciclo 2013 - I


MODELAMIENTO DE CUERPOS MINERALIZADOS Esto permite visualizar en 3 D, el cuerpo y ms adelante se emplear para la estimacin de reservas y para el planeamiento del mtodo de explotacin.

Modelalamiento wireframes

Connect

Customize

Interpret

Model

Estimate




Ciclo 2013 - I


PROSPECCION Y DESARROLLO EN MINERIA A PEQUEA ESCALA Al trabajar en pequeas (pequea minera/minera artesanal) escalas, no se dispone muchas veces del capital suficiente, por lo que para la prospeccin se realizan medias barretas, trincheras, cortadas de poca longitud, galeras de reconocimiento, etc. que tienen un alcance muy limitado para delimitar estructuras mineralizadas. Estos trabajos muchas veces se realizan en forma desordenada, no planificada, que traen problemas futuros y desventajas cuando se quiere aplicar un explotacin racional (un adecuado mtodo y serios problemas de seguridad). Por lo que es recomendable darle una orientacin profesional tcnica a estos mineros. Sin embargo, podramos decir que una de las ventajas en la minera a pequea escala es que estos desarrollos mnimos sobre mineral le permitiran hacer flujos de caja (a su nivel) que financie sus actividades.

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Clase01_2013_I Introduccion y Procesos Mineros