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CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1. Realidad Problemática
En el Perú, hay pocas empresas mineras que se dedican a la explotación del
mineral carbón, en el departamento La Libertad encontramos en la formación
Chimú, yacimientos de carbón bituminoso y antracítico, que son explotados por
titulares de manera artesanal, para ser comercializado posteriormente a
empresas formalizadas; éstas últimas también se ubican dentro de la escala
de pequeña minería y minería artesanal que se dedican a la explotación del
Carbón bituminoso y antracítico.
Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L.; es una de estas empresas dedicadas
a la explotación de carbón antracítico, siendo titular de la Concesión Minera
Magia Blanca ubicada cerca de la ex hacienda Chuquizongo, distrito de Usquil,
provincia de Otuzco, departamento La Libertad; en ésta concesión se han
identificado 3 mantos de carbón los cuales tienen potencias variables, la roca
encajonante en los mantos son cuarcitas y areniscas de la formación Chimú.
En la actualidad, se está explotando el primer manto, aplicando el método de
“Cámaras y Pilares” en el tajo B ubicado en el sector A de la zona I en la mina
Magia Blanca; el sistema de explotación es artesanal, se utiliza para el
arranque picota; en el arrastre y carguío, palanas; en el acarreo ,carretillas; y
en el sostenimiento, se usan cuadros cónicos de madera con encribación, en la
galería principal de extracción; y cuadros cónicos de madera con marchavantes
y encostillado, en chimeneas de ventilación, botadero-camino, subniveles , y
también en el tajeo.
Las cámaras son de 3 m. y los pilares de 2.8 m x 2.8 m, 2.8 m x 4.25 m y
4.25m x 4.25 m en el método de explotación por “Cámaras y Pilares”
1
realizándose de arriba hacia abajo; se recepciona el mineral en los subniveles,
su acarreo se realiza con carretillas hacia los botaderos. Siendo el factor de
recuperación 50 a 55%.
Mina Magia Blanca tiene una producción de 50 TM/ guardia, siendo una
guardia de 9.5 horas, deseando incrementar su producción a 75 TM/ guardia;
pero no se alcanzó el propósito dado con el método de cámaras y pilares.
La empresa solo cuenta con un estudio geológico del yacimiento; por tal motivo
se realizó el levantamiento topográfico y un estudio geomecánico (Ver anexo
Nº 04) determinándose el RMR = 43 (Roca Tipo III) para la caja techo del
primer manto, y RMR =39 (Roca Tipo IV) para carbón antracítico del primer
manto. Con las condiciones geológicas, geométricas del yacimiento, y
geomecánicas se determinó la aplicación del método de explotación “Shortwall
Mining” (Minado Tajo Corto) en el tajo B, ubicado en el sector B de la zona I en
el primer manto de carbón antracitico en la Mina Magia Blanca, de una manera
sistematizada y segura; para el cual se identifican los parámetros de
explotación, tanto en desarrollo, preparación y minado; y la determinación de la
productividad.
1.2. Antecedentes
En la mina Chimú I de la Empresa Black Hill Company SAC, ubicado en el
anexo Baños Chimú, distrito de Cascas, provincia de Gran Chimú,
departamento La Libertad, que explota las concesiones César II (1000 Ha) y
Mangaché (200 Ha), se emplea el método de explotación “Shortwall”
combinado con cámaras y pilares, de abajo hacia arriba en avance. El
yacimiento consiste en un manto de carbón de rumbo N 20º a 35º W con 36 º a
45º NE de buzamiento. Su roca encajonante cuarcita y arenisca de la
formación Chimú. De acuerdo a su estudio geomecánico del yacimiento, tienen
para los pilares de Carbón RMR =39, siento Tipo IV; y para la caja techo
(cuarcita) RMR =69, Tipo II. La producción es de 100 TM/día. (1)
2
En la compañía Minera Valery Camp Coal (Estados Unidos), se aplica el
método de “Shortwall Mining”, este yacimiento tiene un buzamiento de 0º a 10º
NE. Su roca encajonante inmediata esta dado por esquistos, pizarra y limonita
y encima por caliza firme, la mina tiene una profundidad de 300 a 600 pies
(91.44 m a 182.88 m) de sobre carga, la dimensiones de los paneles son de
110 pies de ancho x 2200 pies de largo (33.52 m de ancho x 670 m de largo).
Producción promedio es de 300 TM/guardia. (2)
En la Compañía Minera Delta ubicada en EEUU, sé aplica el método de
“Shortwall Mining”, este yacimiento tiene un techo inmediato débil laminado,
tiene buzamiento de 0º a 15 º NW. Tiene una roca encajonante con esquistos,
una profundidad de sobrecarga aproximadamente de 200 pies a 300 pies
(60.96 m a 91.44 m), dimensiones de panel 200 pies de ancho por 1000 pies
de largo (60.96 m de ancho por 304.80 m de largo). Su producción es de 1000
TM/guardia (2).
1.3. Marco Teórico o Conceptual
Para la determinación de la aplicación de un método de explotación hay que
considerar varios factores, siendo algunos de estos factores: La geología local
y regional, la geometría del yacimiento, la distribución de las leyes del
depósito, las propiedades geomecánicas del mineral y estéril adyacente, ritmo
de producción, ley de corte, necesidades del personal, impacto ambiental, y
otras consideraciones. Los factores que tienen mayor peso en la primera etapa
de selección son la geología local y regional, la geometría, la distribución de
leyes, las propiedades geomecánicas del mineral y estéril adyacente. Mediante
el análisis de esos factores se obtendrá una primera clasificación y ordenación
de los métodos de explotación para su aplicación mas adecuada desde una
perspectiva netamente técnica (3).
1.3.1. Clasificación Geomecánica RMR
Fue desarrollada en Sudáfrica por Bieniawski en 1973, a partir de cuarenta y
cinco túneles, y posteriormente revisada por el mismo autor en 1976 y 1979.
3
Constituyen un sistema de clasificación de macizos rocosos que permiten a su
vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y sostenimiento.
Esta clasificación tiene en cuenta los siguientes parámetros geomecánicos:
Resistencia unixial de la matriz rocosa, grado de fracturación en términos RQD,
espaciados de las discontinuidades, condiciones de las discontinuidades,
condiciones hidrogeológicas, orientación de las discontinuidades respecto a la
excavación.
La incidencia de estos parámetros en el comportamiento de la excavación se
expresa por medio de un índice de calidad denominado Rock Mass Rating-
RMR, que varía de 0 a 100. Para aplicar la clasificación geomecánica RMR, se
divide el macizo rocoso a lo largo del eje del túnel, en un número de tramos
que presenten características geológicas más o menos uniformes, de acuerdo
con medidas hechas en campo (4).
Lubcher y Taylor (1976) y (1984) presentaron una modificación a la
clasificación geomecánica de Bieniawski. Esta modificación considera las
diferencias que pueden existir entre el diseño del esfuerzo en minería y el
usado en ingeniería civil. Lubcher y Taylor propone la siguiente modificación
en: Intemperismo, tensiones insitu, tensiones inducidas, efectos de la voladura
(5).
Para determinar la sobrecarga del macizo rocoso, se tendrá que hacer uso de
la relación siguiente:
, donde
h = altura de la carga de roca, metros
RMR = índice de la Masa Rocosa, obtenido de la Clasificación geomecánica
B = ancho del techo de la excavación, en metros (6)
Se puede determinar parámetros geotécnicos y mecánicos estimados a partir
del RMR (Rock Mass Rating), mediante las relaciones siguientes:
4
, (RMR<50)
, (RMR >50); donde
Ángulo de fricción, en grados
= Cohesión, en Kilopascales (Kpa)
E = módulo de deformación insitu, en Gigapascales (Gpa) (7).
1.3.2. Teoría matemática sobre techo inmediato
Se ha demostrado matemáticamente las magnitudes de las presiones a las que
es inducida la caja techo cuando el sistema de soporte no está repartido en
magnitudes iguales; que es el caso del sostenimiento con madera; esto es
cuando cada soporte no ofrece igual resistencia a la subsidencia del techo. Hay
un método que se puede utilizar para determinar las presiones inducidas en el
techo, es el método de Terzaghi que se diseñó para los cálculos de la presión
en los túneles de poca profundidad, adoptándose luego para labores con
longitudes de corte largas. Las siguientes fórmulas aplicadas a nuestras
condiciones determinan la presión sobre el sistema de sostenimiento en
toneladas por metro cuadrado necesario para determinar el espaciamiento
entre los elementos de sostenimiento:
, , donde
Ot = Presión evaluada sobre el techo (
Densidad de la roca ( )
Alto o potencia de la labor (m)
B = Mitad de la anchura de la frente sujeta a carga (m)
=Mitad de la anchura real del frente (m)
= Angulo de fricción interna (radianes o sexagesimales) (8)
1.3.3. Columnas de madera sujetas a flexión
Hay varias situaciones en las cuales los miembros estructurales están sujetos a
los efectos combinados de carga axial y flexión. Los esfuerzos generados por
estas dos acciones son del tipo directo (tensión y compresión) y pueden
5
combinarse para dar lugar a una consideración de esfuerzos netos. Sin
embargo, las acciones básicas en una columna y un miembro sometido a
flexión son, esencia, de carácter diferente y, por lo tanto, se acostumbra
considerar esta actividad combinada, por lo que se llama interacción.
La forma clásica de la relación de interacción se expresa con la fórmula:
, donde;
Capacidad de carga axial máxima de la columna (sin flexión)
Capacidad de flexión máxima del miembro (sin compresión)
Limite de Carga a compresión en la columna, para resistir la flexión en
combinación.
Limite de Carga a Flexión en la columna, para resistir la compresión en
combinación.
Esta ecuación es transformada a la forma expresada por:
, donde:
Esfuerzo calculado debido a la carga verdadera.
Esfuerzo admisible por la acción de columna.
Esfuerzo calculado debido a la flexión.
Esfuerzo flexionante admisible. (9)
1.3.4. Método de Explotación Shortwall Mining (minado tajo corto)
El método de explotación “Shortwall Mining” es un método que se aplica en
minería metálica como no metálica (Carbón) tanto en Norte América, Europa y
América Latina, de acuerdo a las condiciones del yacimiento, se caracteriza por
la forma de distribución y dimensionamiento de las labores de preparación,
desarrollo y minado, tipo de sostenimiento mecanizado (Gatas Hidráulicas) o
no mecanizado y tipo de maquinaria para el arranque y carguío, etc. Las
condiciones o factores generales que determinan las operaciones de minado
por el método Shortwall Mining, son:
6
- Estructura Uniforme, principalmente la caja techo puede ser roca Tipo II, Tipo
III o Tipo IV.
- Presencia de agua moderada.
- Buzamiento de la estructura entre 0º a 45º
- Intercalaciones de rocas contaminantes debajo de 0.80 m, se presentan
pizarras intermedias o diferentes arcillas.
- Potencia uniforme del manto entre 1.5 m a 4 m
- Mano de obra requerida, capacitación del personal adecuado para la
implementación del método de explotación.
- Alta reservas de mineral, etc.
Figura 1.1. Método Shortwall Mining
K.P. Katten, ingeniero de minas en la Compañía Minera Betch-Elkhom Coal
basado en la experiencia de su compañía, se dió cuenta que las dimensiones
óptimas de un panel del shortwall esta entre 2500 pies a 4000 pies ( 762 m a
1219 m.) de longitud y de 150 pies a 250 pies (4 5.72 m a 76.2 m ) de ancho.
También notó que al minar por el shortwall se tendrá una dirección y sola
operación; se requiere mayores espesores en los estratos (potencias
mayores).Las razones más convenientes contenidas en el análisis preparado
7
en la reunión anual AIME de 1986, para considerar el porque la aplicación del
método “Shortwall”, son:
- Los trabajadores en el frente están bajo protección continua de soportes del
techo energizado (Gatas hidráulicas o Cuadros de madera o pilares de
madera).
- El peligro de instalaciones de pernos en el techo es obviado por el uso de
soporte energizado (gatas hidráulicas)
- Se reduce el minado discontinuo, minimizando accidentes de la maquinaria.
- La recuperación por “Shortwall” es cerca de 85%.
- Control de polvo es optimizado.
- El control de metano es elevado.
- La utilización o rendimiento de la maquinaria de corte y acarreo es
aumentada.
- El costo de la ventilación de la línea de explotación y el costo de la
instalación y avance durante el sostenimiento convencional con pilares es
eliminado en la fase de shortwall.
- Shortwall como un método para recuperar pilares de carbón de mayor
tamaño desarrollando un minado continuo encontrara ciertamente mayor
uso de este método (2).
1.3.4.1. Shortwall Mining combinado con cámaras y pilares en mina
Chimu de Black Hill Company SAC
En la mina Chimu de la Empresa Black Hill Company SAC, siendo una mina
que explota Carbón Antracítico, utiliza el método Shortwall combinado con
cámaras y pilares, teniendo los siguientes parámetros de explotación:
- Caja techo de roca tipo III a Tipo II
- Potencia del Manto 4 m
- Buzamiento del manto varía entre 35º a 40º
- Presencia de agua moderada.
Las labores de preparación, y minado son:
A.-Preparación
8
Se dispone de una galería de extracción principal. Tiene una o dos chimeneas
que limiten un bloque o panel de 100 m de ancho. La altura del bloque podría
ser limitante pero se estima en 80 metros.
Subnivel
Cuando este listo el bloque, la preparación comienza con la construcción de un
subnivel a 5 m del techo de la galería inferior. Este subnivel une las dos
chimeneas con una sección de 1.5 m x 2 m, asegurando con puntales en línea
de 7 pulg. a 8 pulg. de diámetro y con una patilla al piso de 0.30m. Deberá
contar con una plantilla de madera de 2 pulg. x 8 pulg. x 0.30m, que asegure
mayor área de soporte. Para construir este subnivel será necesario que el corte
a las cajas quede bloqueado con “Chapas “de madera o en el mejor de los
casos con tablas de 2 pulg. x 8pulg x 2.50m debidamente empaquetadas, que
aseguren una vida mínima igual al tiempo de explotación del panel.
Buzones
Construido el subnivel, se procede a construir las pequeñas chimeneas
inclinadas que conecten la galería principal al subnivel. Estas pequeñas
chimeneas tendrán una sección de 1.50m x 5.0m. El número de chimeneas
será proporcional al ancho del bloque. Dependiendo si se quiere explotar un
solo lado del bloque o ambos lados extremos a la vez, se iniciará el primer
corte que posibilite la construcción de las ventanas al bloque.
Ventanas
Para un adecuado suministro de insumo (madera, clavos, aire, mangueras de
aire, etc.) y personal al bloque o panel de explotación se construyen ventanas
a partir de las chimeneas, dejando pilares con un ancho de 4 a 5 m. Se inicia
con el corte a 5 m. de la chimenea y en el subnivel, con dirección paralele a la
chimenea. La producción de carbón de esta preparación ya puede ser
evacuada por los buzones previamente construidos. Después de 10 metros se
acomete la primera ventana que comunique entre la chimenea y este primer
corte. Así sucesivamente se recorre el primer corte, teniendo cuidado de no
perder el paralelismo muy vital en estos casos para tener expedito la
9
explotación. Como se repite, podrían optarse por construir estas ventanas a
ambos lados del bloque o panel o aun solo extremo, dependerá de
disponibilidad de recursos. El límite de este primer corte será hasta dejar un
puente de 5 metros para asegurar la galería superior.
B.-Minado
Una vez que se tenga las ventanas del bloque, se inicia los cortes paralelos y
en línea. Para efectuar estos cortes en rebanadas se deberá instalar 6
maquinas picadoras neumáticas. Estas deberán contar con independencia de
válvulas que haga su avance horizontal más versátil.
Corte por rebanadas
Consiste en picar, extraer y sostener áreas rectangulares pero limitadas por un
eje final paralelo a la Chimenea. Si un corte en rebanadas no se hace paralelo
a la chimenea, entonces va incrementando los riesgos por caída de carbón de
los picadores superiores a los inferiores.
Un corte tendrá una longitud de 15 m. por un ancho de 1.50 m y la potencia de
la estructura que se estima 2.0 m
C.-Sostenimiento
El avance de cada corte es entonces 1.50m, abertura suficiente para colocar
puntales de eucalipto en línea cuyas dimensiones son de 6 pulg. a 8 pulg. de
diámetro por 2.20 m de alto, con patilla de 0.20 m. También contara con
plantillas de tabla de 2 pulg. x 8 pulg. x 0.30m; colocadas en la caja techo, para
consolidar la estabilidad del puntal, resistir mayor área. Los puntales serán
colocados con una distancia de 1.20 m x 1.20 m.
Para el picado normal y seguro es necesario colocar tablas de compuerta que
permitan que el carbón roto no caiga inmediatamente a los subniveles; esta
tablas ayudaran que caiga el carbón directamente al buzón.
Para mejorar el sostenimiento será necesario a veces colocar pernos de
sostenimiento, cribing, bloque Word, etc. Este reforzamiento estará en función
de calidad de la caja techo principalmente.
D.-Extracción
10
La extracción del carbón roto es trasladado por la caja piso pasando por los
buzones hasta los carros mineros. Los chutes dispondrán de pequeñas
compuertas que posibiliten el almacenamiento temporal del material roto.
La capa de roca contaminante será evacuada a lugares de acopio de material
estéril como antiguos tajeos de la parte inferior. Solo en casos muy extremos
será evacuado al exterior (1).
Figura 1.2. Método de explotación “Shortwall Mining” con cámaras y pilares
1.3.5. Rentabilidad en Minería
El término de rentabilidad esta ligado al concepto de resultado cualquiera sea
el ángulo que se le mire, se refiere a la consecuencia final de un proceso
industrial en el cual intervienen los ingenieros en la ejecución directa de acción
o como responsable de las decisiones que la determinan y esto conduce
también, al estudio de las causas que originan la variación o estancamiento de
este resultado, sean estas directas, como la implementación de nuevos
equipos y métodos de trabajo o indirectas, como la política minera del país en
lo que afecte, en este caso la actividad minera. La medición de la rentabilidad
se hace, calculando los ingresos netos que generaran la operación, sobre los
egresos de la operación; los ingresos netos son márgenes de utilidad. Como
egresos serán considerados las inversiones y pagos realizados para la
producción, ambos flujos de ingresos y egresos, indican rentabilidad. De modo
11
que la rentabilidad es una relación entre los ingresos netos obtenida y los
recursos utilizados para obtenerlas. Con un incremento de rentabilidad se
obtiene: disminución de costos de operación, productos altamente
competitivos, mejora en el nivel de vida. (10)
1.3.5.1. Economía y rentabilidad de la productividad
En toda empresa el objetivo que se persigue es el de obtener resultados
favorables, es así como la productividad esta íntimamente relacionado con la
rentabilidad.
A.-Productividad Técnica
Se mide por lo general como cantidad usada o producida en la unidad de
tiempo y puede ser incrementada adoptando incentivos, mecanizando
operaciones. Los índices usados son: gls/hr, tal/hr, tareas/hr, horas netas /
guardia, etc.
B.-Productividad Económica de Producción
Esta referida a costos unitarios de los resultados. Un aumento de la
productividad no supone necesariamente una disminución en los costos de
operación, incrementando la producción para no bajar la calidad de
explotación, los índices usados son: , , , , etc.
C.-Productividad Económica del Mercado
Cuando un producto entra al mercado, puede o no haber demanda y su venta
estará condicionada a este factor o lo que se conoce con la ley de la oferta y
demanda, los índices usados se refiere generalmente a los precios como:
, , , etc. (10).
1.4. Justificación
El presente trabajo se justifica desde el punto de vista: técnico-económico,
porque nuestro medio tiene un gran potencial carbonífero que está siendo
explotado sin la técnica especializada, generando más costos de inversión;
estructural, porque las condiciones geológicos, propiedades geomecánicos, y
características geométricos del yacimiento permiten la aplicación del método
“Shortwall Mining” como una alternativa para la explotación del carbón;
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científico, porque contribuye con la bibliografía escasa, en nuestro medio sobre
el método “Shortwall” para futuras generaciones.
1.5. Enunciado del Problema
¿De qué manera la aplicación del método Shortwall Mining contribuye en la
productividad con la explotación en el tajo B, ubicado en el sector B de la zona
I , en el primer manto de carbón antracitico en la mina Magia Blanca de la
Empresa Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L?
1.6. Hipótesis
La aplicación del método Shortwall Mining, de una manera ordenada y
sistematizada, contribuye en el incremento de la productividad con la
explotación en el tajo B, ubicado en el sector B de la zona I, en el primer manto
de carbón antracítico en la mina Magia Blanca de la Empresa Consorcio Minero
Alto Chicama E.I.R.L.
1.7. Objetivos
1.7.1. Objetivo General
Explotar yacimientos de carbón antracítico de una manera ordenada y
sistemática, con una planificación adecuada para optimizar el sistema de
producción, utilidades, productividad y disminución de riesgos de accidentes.
1.7.2. Objetivos Específicos
- Identificar los parámetros adecuados del método de explotación Shortwall
Mining para la mejora en el sistema de minado e incrementar la
productividad en la mina Magia Blanca.
- Aportar con bibliografía, por ser escasa sobre el método Shortwall Mining
en minería.
- Optimizar el sostenimiento, para evitar accidentes y pérdidas en el
proceso.
- Incrementar la producción.
- Disminución de costos de operación.
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CAPITULO II
MATERIALES Y MÉTODO
2.1. Materiales
El Universo consiste en los mantos de carbón antracítico que se encuentran en
la mina Magia Blanca de la Empresa Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L.
2.1.1. Muestra
La muestra estudiada fue en el tajo B, ubicado en el sector B de la zona I del
primer manto de carbón antracitico de la mina Magia Blanca de la empresa
Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L., en donde se aplicó el método de
explotación Shortwall Mining.
2.1.2. Características
Esta referida al primer manto de carbón antracitico, de la mina Magia Blanca de
Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L.,en donde se aplicó el método de
explotación Shortwall Mining.
2.1.2.1. Ubicación
La concesión minera Magia Blanca alberga un yacimiento de carbón antracítico
y se encuentra ubicado en el departamento de La Libertad, provincia de
Otuzco, distrito de Usquil, cerca de la exhacienda Chuquizongo en el anexo
Chuzgón. Abarcando gran parte del cerro Huanangarape al Este de la ciudad
de Trujillo. El área comprendida dentro de la concesión es de 183.24 has. La
altitud varía desde los 2200 m.s.n.m. y 2600 m.s.n.m.
2.1.2.2. Acceso
El acceso a la concesión Magia Blanca se efectúa a través de la carretera
Trujillo-Otuzco, luego siguiendo la vía Otuzco - Usquil – Coina - Chuquizongo y
de Chuquizongo hasta el anexo Chuzgón a 3 Km., continuando hasta pampa
hermosa.
14
Figura 2.1. Plano de Ubicación y Acceso a Mina Magia Blanca
2.1.2.3. Geología Local
Esta unidad esta formada por rocas sedimentarias cuyas edades pertenecen al
jurásico superior hasta el cretáceo medio. Se caracteriza por su fuerte
pendiente y por estar intensamente disectada por numerosos valles.
15
Otro rasgo geomorfológico son los valles. Estos valles son estrechos en su
sección transversal lo cual da lugar a que sus flancos presenten pendientes
entre 30% y 45% o mayores. Estos valles poseen cursos sinuosos por donde
discurren riachuelos de caudal permanente.
Pertenecen de acuerdo al ciclo geomórfico de valles jóvenes. Además son
valles subsecuentes por que están alineados con la pendiente regional y
algunas veces coinciden sus alineamientos con las formaciones de litología
mas erosionable.
A. Estratigrafía
En el área afloran rocas sedimentarias que corresponden a formaciones cuya
deposición ocurrió desde el Jurasico Superior hasta el cuaternario reciente.
La secuencia sedimentaria reconocida comprende las formaciones Chicama
del Jurásico; formación Chimú, Santa y Carhuaz del cretáceo. Siendo la
formación Chimú la única que encierra mantos de carbón económicamente
importantes.
Los depósitos cuaternarios están representados por acumulaciones aluviales
en los valles.
A.1. Formación Chicama
Esta formación es de edad titaniana. El alto grado de plasticidad de esta
secuencia lutácea ha dado lugar a estructuras complejas. En cuanto a sus
relaciones estratigráficas, en el área se puede reconocer que su contacto
superior con la formación chimú suprayacente es gradacional en tanto que su
contacto inferior no se expone.
A.2. Formación Chimú
La formación chimu presenta cambios laterales de facies muy acentuadas lo
cual da lugar a notorias variaciones de espesor de un lugar a otro.
Los miembros inferior y superior están constituidos por paquetes gruesos de
cuarcitas y areniscas con intercalaciones de lechos de lutitas pizarrosas y
mantos de carbón, cuyo número, espesor y calidad varía de un lugar a otro.
El miembro medio consiste de una secuencia intercalada de lutitas, limolitas y
areniscas, mientras que el grosor de los estratos va desde laminar a grueso y
16
el color es el gris, aunque algunos estratos de lutitas son de color negro
carbonosos.
A.3. Formación Santa
Constituida por lutitas marinas en cuyo tope existe un miembro de caliza negra,
se compone de lutitas grises bien estratificadas en capas delgadas, con
intercalaciones de algunos bancos de areniscas, limolitas, margas y caliza.
Su contacto con la formación chimú es gradacional la transición consiste en el
adelgazamiento de los clásticos y el cambio de color de las cuarcitas que de
blancas lechosas se vuelven pardas a marrones.
B. Geología Estructural
La zona ha sido afectada por la orogenia andina de fines del cretáceo y
comienzos del Terciario además por los fenómenos derivados del
emplazamiento del batolito andino.
El tectonismo y las intrusiones han producido un diastrofismo intenso por lo que
los sedimentos se encuentran plegados y fallados.
Los plegamientos se componen de anticlinales y sinclinales bien conformados y
algunos repliegues secundarios.
Las fallas tienen dos orientaciones, unas paralelas a la dirección de los
pliegues y el otro transversal a los mismos.
Hay fallas de tipo inverso y de alto ángulo, y fallas transversales de tipo normal.
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Figura 2.2.Geología Local
Área de Estudio
LEYENDA
Rumbo y Buzamiento de Capas
Falla Normal: U = Bloque Levantado
D= Bloque Hundido
Cuadro de Coordenadas
Vértice Norte Este
1 9144990.42 784098.207
2 9145432.44 784553.783
3 9145027.94 785445.137
4 9144251.35 786208.604
5 9143555.01 785490.896
18
C. Geología Económica
La formación Chimú y demás formaciones cretáceas han sido afectadas por un
intenso tectonismo y el emplazamiento de intrusiones del Batolito Andino, lo
cual ha dado lugar localmente a un alto grado de fracturamiento de la
secuencia cretácea.
Por otra parte la acción de las intrusiones ha originado una desvolatización de
los carbones convirtiéndolos en antracita.
Se presenta cenizas en algunos afloramientos, esta cenizas es un polvo suave
de color blanquecina, siendo parte contaminante del carbón antracita, el cual
son parte de su contenido; los mantos de carbón presentan normalmente
escasa lenticularidad, además trituración a consecuencia del tectonismo y las
intrusiones que han afectado a la zona en algunas partes los mantos han sido
muy triturados encontrándose carbón en polvo llamado cisco pero
principalmente el carbón se presenta muy compacto.
C.1.-Reservas
Las reservas probadas se calcularon de acuerdo al desarrollo de mediciones
de afloramientos y labores mineras. Las reservas probables se calcularon a
partir de mediciones de campo y de proyecciones de otros datos situadas a
distancia razonables. Los afloramientos no constituyen una exposición continua
del manto a lo largo del yacimiento.
Hay tres mantos hasta el momento identificados, siendo posible que se
encierren otros mantos en profundidad a menor altitud.
-Reserva Probadas Manto 1: 175188 TM
-Reserva Probable Manto 1: 606840 TM
2.1.2.4. Características Geométricas:
Los estratos de cuarcita y arenisca que conforman una estructura de tipo
anticlinal, en el primer manto están orientados con dirección de rumbo que
varía N 40º W a N 60º W y con buzamiento entre 30º a 45º NE.
El manto tiene un rumbo N 40º W y buzamiento de 40º NE, de acuerdo a los
afloramientos y mediciones tomadas en galería subterráneas o líneas, este
manto tiene potencia de 2.50 m.
Tiene una longitud de traza 2000 m.
19
La secuencia en cajas de arenisca y cuarcita tienen las siguientes
características de techo a piso. (11)
Tabla 2.1. Características de Techo a Piso en Manto 1
Pizarra 0.30 m
Pizarra carbonosa con
intercalaciones de capas de
carbón 0.50m
Carbón Compacto 2.00m
Cisco 0.50m
Pizarra 0.20m
Total 3.50m
20
Figura 2.3. Vista lateral del yacimiento Magia Blanca
21
2.1.2.5. Propiedades Geomecánicas
De acuerdo al estudio geomecánico realizado en la caja techo y carbón
antracítico del primer manto, utilizando la clasificación geomecánica de
Bieniawsky 1979, se obtuvo para caja techo RMR=43, siendo su ajustado a
36.67; y del carbón antracítico RMR=39, siendo su ajustado a 31.46.
Tabla 2.2. Propiedades Físico-mecánicas del Primer Manto
Propiedades
GeomecánicasSímbolo
Carbón
Antracitico
Caja techo
(Cuarcita/arenisca
)
Peso Especifico Insitu 1.45 TM/m³ 2.00 TM/m³
Peso Especifico Suelto 1.30 TM/m³ 1.85TM/m³
Resistencia a la
Compresión Simple Rc 1.95 Mpa 91.49 Mpa
Índice de Masa Rocosa RMR 39 43
Angulo Fricción Interna 24.5º 26.5º
Fuerza de cohesión c 195 Kpa 215 Kpa
Modulo de Deformación E 5.3 Gpa 6.68 Gpa
2.2. Materiales y Equipos
Los principales materiales y equipos que fueron necesarios para el desarrollo
de la tesis fueron:
- Brújula de mano
- Calculadora Casio FX-115 MS
- Computadora Pentium IV.
- Escáner HP
- Eclímetro
- Teodolito
- Flexómetro.
- Plomadas
- Libreta de apuntes
- GPS
22
- Cordel
- Útiles de escritorio
- 4 Pruebas de Ensayo Compresión Simple y peso específico
- Bibliografía.
2.3. Método
2.3.1. Diseño de experiencias
Diagrama de flujo
RECONOCIMIENTO DEL YACIMIENTO
Propiedades Geométricas
Condiciones Geológicas
Condiciones Geomecánicas
Método Shortwall Mining
CostosProducción Rendimiento
Resultados
Conclusiones
23
2.3.2. Procedimiento
El procedimiento para determinar la aplicación del método de explotación
“Shortwall Mining” (minado de tajo corto) en la mina Magia Blanca de Consorcio
Minero Alto Chicama E.I.R.L. se detalla a continuación:
- Se hizo el reconocimiento del yacimiento de la mina Magia Blanca de
Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L., identificándose las condiciones
geológicas, geométricas de la roca encajonante y el mineral carbón
antracítico del primer manto. ( Pág.15-20)
- Se realizó un estudio geomecánico de la caja techo y carbón antracítico del
primer manto, determinando sus propiedades geomecánicas. (Ver Anexo Nº
04).
- Se recopiló información bibliográfica, revistas, Internet, etc. acerca de la
aplicación del método de explotación Shortwall Mining. (Minado de tajo
corto).
- De acuerdo a las condiciones geológicas, geométricas y propiedades
geomecánicas yacimiento en la caja techo y carbón antracítico del primer
manto, se determinó la aplicación del método “Shortwall Mining” (minado de
tajo corto).
- Se identificaron los parámetros del método (tipo de sostenimiento,
dimensionamiento de labores, tipo de equipos y herramientas, mano de
obra, etc.), y las operaciones unitarias como: arranque y limpieza, carguío y
acarreo; carguio y transporte a bocamina.
- Se determinó los costos directos de operación con el método “Shortwall
Mining” en el tajo B ubicado en el sector B de la zona I en el primer manto
de carbón antracítico en la Mina Magia Blanca; determinado así la
productividad y rendimiento de las operaciones unitarias de la explotación.
- Se realizó una comparación entre el método “Shortwall Mining” con el
método de explotación cámaras y pilares, aplicado este último método en el
tajo B ubicado en el sector A de la zona I, en el primer manto de carbón
antracitico de la Mina Magia Blanca; respecto a la productividad en el
minado, rendimiento de las operaciones unitarias, y recuperación del
mineral en el minado.
24
2.3.3. Método Shortwall Mining (Minado tajo corto)
De acuerdo a estudio geológico y condiciones geométricas del yacimiento de la
mina Magia Blanca de Consorcio minero Alto Chicama EIRL, y con los datos
de las propiedades geomecánicas del yacimiento, se ha determinado los
parámetros para la explotación en el sector B de la zona I en el primer manto,
por el método “Shortwall Mining” (minado tajo corto).
2.3.3.1. Parámetros del Planeamiento
- Caja Techo RMR = 43 (Corregido 36.67)
- Carbón Antracitico = 39 (Corregido 31.46)
- Potencia = 2.5 m
- Peso especifico Insitu Caja techo = 2.00
- Peso especifico Suelto Caja techo = 1.85
- Peso Especifico Verdadero de Sobrecarga =1.98
- Peso Especifico Aparente = 1.89
- Porcentaje contenido Humedad Caja techo = 5%
- Proporción de vacíos caja techo =9.9%
- Peso especifico Insitu Carbón Antracítico =1.40
- Peso Especifico Suelto Carbón Antracítico =1.30
- Angulo Fricción Interna Caja Techo =26.5º (23.4º)
- Angulo Fricción Interna Carbón Antracítico =24.5º (20.73º)
- Fuerza de cohesión Caja techo =215 Kpa
- Fuerza de cohesión Carbón Antracítico =195 Kpa
- Modulo de Deformación Caja techo =6.68 Gpa
- Módulo de Deformación Carbón Antracítico =5.30 Gpa
- Rumbo = N 45º a 50 W
- Buzamiento = 35º a 40º NE
- Profundidad Promedio Sobrecarga = 150m
Los parámetros de diseño se obtuvieron del levantamiento topográfico, de las
propiedades químicas y propiedades geomecánicas del yacimiento.
25
2.3.3.2. Labores de Desarrollo y Preparación
2.3.3.2.1. Desarrollo
A) Socavón Principal
Se construyo un socavón para llegar al primer manto, las dimensiones serán
de 2.40 m. x 2.10m (Altura y ancho respectivamente); de acuerdo al estudio
geomecánico encontramos zonas donde la roca es de clase tipo II con RMR
=63-65 (47.34-55.58) y zonas de clase de roca tipo III con RMR =48-60 (42.34 -
52.16). Se utilizó cuadro de madera cónico cuando la roca es de clase III, y
cuadro cojo de madera o cuadro cónico sin encribado ni encostillado, cuando la
roca es de clase II.
a) Para roca tipo II
En el sostenimiento se utilizó cuadros sin encribacion y sin encostillado, con
postes de 7.5 pulg. x 8 pulg. y sombrero 7.5 pulg. x 8 pulg., la distancia entre
cuadro varía entre 12 pies a 16 pies.
b) Para roca Tipo III
En el sostenimiento se utilizó cuadros cónicos de madera con encribado, con
postes de 6.5 pulg. x 7pulg, sombrero de 6.5 pulg. x 7 pulg., y además con
costillas de 5 pulg. x 5.5 pulg. separados cada 0.4 pies; la distancia entre
cuadro y cuadro será de 5pies.
B) Galería Principal:
Se realizó la construcción de la galería principal, con dimensiones de 7pies x 8
pies, el sostenimiento se realiza con cuadro cónico de madera, con encribado y
encostillado; la construcción de esta galería se hace en carbón. De acuerdo al
estudio geomecánico encontramos que la caja techo tiene un RMR=43
(ajustado 36.67) y el carbón antracítico tiene un RMR =39 (ajustado 31.46)
paralela al rumbo del manto y un RMR = 44 (ajustado 36.46); vamos a utilizar
RMR =39 (ajustado 31.46).
En el sostenimiento se usaron cuadros cónico de madera, con encribado y
encostillado, utilizando postes de 6.5 pulg. x 7 pulg., sombrero de 6.5 pulg. x 7
pulg. y costillas de 5 pulg. x 5.5 pulg. , separadas cada 0.650 pies; la distancia
entre cuadro y cuadro es 4 pies.
26
2.3.3.2.2. Preparación
A) Chimenea Ventilación – Buzón
Se construyó tres o más chimeneas en carbón antracítico, unas de ventilación y
las otras servirán como buzón – camino.
Cada 90 m se construyó chimeneas, conforme avance la galería principal; con
dimensiones de 2.5 m. x 2.4 m, con una longitud de 65 m, las que unen la
galería superior con la inferior. Estas chimeneas tendrán dos compartimientos,
una para el personal, servicios e insumos, el otro compartimiento para el
deslizamiento del carbón roto. Para la división del compartimiento se usan
tablas de 2 pulg. x 8 pulg. x 54 pulg.
En el sostenimiento se usaron cuadro cónica de madera, con marchavantes y
encostillado; se utilizo postes de 7.5 pulg. x 8 pulg. , sombrero de 7 pulg. x 8
pulg. ; y costillas de 5.5 pulg. x 6 pulg. separadas cada 0.5 pies .La separación
entre cuadro de madera será de 4 pies (1.20 m). En la parte media del cuadro
se colocará un puntal de 7.5 pulg. x 8 pulg.
B) Subnivel de extracción:
Una vez delimitado el panel se realizó los subniveles desde las chimeneas de
ventilación o camino, por debajo de la galería superior, a unos 5 metros. A
partir del primer subnivel de extracción, se construyeron subniveles cada 13 m,
los cuales delimitan con los buzones el tajo de explotación. Las dimensiones de
estos subniveles son de 2.10 m x 2.40 m.
En el sostenimiento se usaron cuadros de madera cónica, con separación
entre cuadro y cuadro de 1.20 m.
C) Buzones
Construido el subnivel de extracción, se procede a construir las pequeñas
chimeneas inclinadas que conecten la galería principal al subnivel. Estas
pequeñas chimeneas tendrán una sección de 2.0 m x 2.4 m. El número de
chimeneas será proporcional al ancho del bloque. A partir de los extremos de
cada chimenea se construyeron los primeros buzones cada 13 m. El
sostenimiento se realizó con cuadros cónicos de madera, separados cada
1.20m. Estos buzones tienen 2 compartimientos al igual que las chimeneas.
27
Dependiendo si se quiere explotar un solo lado del bloque o ambos lados
extremos a la vez, se iniciara el primer corte que posibilite la construcción de
las ventanas al bloque.
D) Ventanas
Para un adecuado suministro de insumos (madera, herramientas, etc.) y pase
del personal al bloque o panel de explotación se construyen ventanas a partir
de las chimeneas, dejando pilares con un ancho de 13 m.
A partir del primer subnivel de extracción cada 13 m, se construyó la primera
ventana, paralelo a este subnivel; con dimensiones de 2 m x 2.4 m. La
producción de carbón de esta preparación ya puede ser evacuada por los
buzones previamente construidos. Así sucesivamente se recorre el primer
corte, teniendo cuidado de no perder el paralelismo muy vital en estos casos
para tener expedito la explotación.
Como se repite, podrían optarse por construir estas ventanas a ámbos lados
del bloque o panel, a un solo extremo, dependerá de disponibilidad de
recursos.
Cuando se realizan las ventanas quedaran pilares de 13 m. x 13m., los cuales
están empaquetados, por medio de cuadros cónicos de madera separados
cada 1.2m.
2.3.3.3. Minado
Una vez que se construyó las ventanas del bloque, los buzones y los
subniveles de extracción, se limitó los tajeos con dimensiones de 13 m x 13 m,
considerando una potencia de 2.4 m. Se inició los cortes paralelos al subnivel
de extracción y en línea, en el tajo B ubicado en el sector B de la zona I; en
forma descendente. Estos cortes se realizaron partiendo desde los buzones,
atacando por los dos lados del tajo; cada corte tendrán un frente de 1.5 m x 2.4
m. El sostenimiento se realizó con cuadros recto de madera sin encostillado. El
factor de recuperación es de 77%
28
A. Extracción
La extracción del carbón roto es trasladado por la caja piso pasando por los
buzones hasta los carros mineros. Los chutes dispondrán de pequeñas
compuertas que posibiliten el almacenamiento temporal del material roto.
La capa de roca contaminante será evacuada a lugares de acopio de material
estéril como antiguos tajeos de la parte inferior. Solo en casos muy extremos
será evacuado al exterior.
29
Figura 2.4. Diseño del Método de Explotación “Shortwall Mining” en 3D, tajo B, sector B, zona I en Mina Magia Blanca
30
Figura 2.5. Diseño Explotación Shortwall Mining vista sección transversal y en Planta
31
CAPÍTULO III
RESULTADO
3.1. Resultados
Se obtuvieron los siguientes resultados:
- Producción con el Método Cámaras y Pilares: 50
- Producción con el Método Shortwall Mining: 75
- Horas / guardia: 9.5 hor.
- Potencia de explotación: 2.4 m.
- Precio Carbón en Trujillo: 105 S/. / TM
Tabla 3.1. Cuadro Comparativo de los Rendimiento en Operaciones Unitarias
entre el Método de Cámaras y Pilares y el Shortwall Mining.(Ver Anexo Nº 06)
Rendimiento de
Proceso Operativo
Cámaras
y pilares
Shortwall
Mining Varianza de
Rendimiento% %
Arranque y Limpieza 62.5 64.21 1.71
Carguío y Transporte
a Bocamina 61.16 62.74 1.58
32
Tabla 3.2. Cuadro Comparativo de los Costos Unitarios entre el Método
Cámaras y Pilares y Shortwall Mining, puesto en Almacén de Trujillo. (Ver
anexo Nº 06)
COSTO UNITARIO
DE PROCESOS
OPERATIVOS
Cámaras y
pilares
Shortwall
Mining
Varianza
de Costo
Varianza
de Costo
S/. /TM S/. /TM S/. /TM %
Preparación 15.53 12.16 3.37 21.67
Minado
Arranque y limpieza 7.86 7.41 0.45 5.72
Carguio y Acarreo 2.03 2.00 0.03 1.45
Sostenimiento 7.45 3.17 4.28 57.39
Carguio y transporte a
Bocamina
6.71 6.16 0.55 8.15
Servicios(Alimentación,
energía electrica,etc)
0.17 0.163 0.01 4.12
Transporte a Trujillo 36.93 36.93 0.00 0.00
Gastos Administrativos 3.42 2.28 1.14 33.33
Total de Costo Unitario 80.10 70.29 9.81 12.25
Índice Productividad (TM/ S/.) 0.012 0.014
Costos de Camara y pilares vs Costo Shortwall mining
0.002.004.006.008.00
10.00
Arr
anqu
e y
limpi
eza
Car
guio
yA
carr
eo
Sos
teni
mie
nto
Car
guio
yTra
nspo
rte
a B
ocam
ina
Operaciones Unitarias
Co
sto
(S
/. /
TM
)
Metodo Camaras yPilares Metodo Shortwallmining
Figura 3.1. Costo de Operaciones Unitarias en Cámaras y Pilares vs.
Shortwall Mining
33
Costo Unitario S/. / TM Metodo Shortwall minig
39%
11%17%
33%
Arranque y limpieza
Carguio y Acarreo
Sostenimiento
Carguio y Transporte aBocamina
Costo Unitario del Metodo Shortwall Mining y Camaras y Pilares
0.00
2000.00
4000.00
6000.00
8000.00
10000.00
12000.00
14000.00
50 75 100 125 150
Tonelaje (TM)
Co
sto
( S
/.) Costo Metodo
Shortwall Mining
Costo MetodoCamaras y Pilares
Tabla 3.3. Porcentaje de Costo unitario directo del Shortwall Mining
Método Shortwall Mining
Costo unitario
directo
Porcentaje
Costo directo
Operación Unitaria S/. / TM %
Arranque y Limpieza 7.41 39.54
Carguio y Acarreo 2.00 10.67
Sostenimiento 3.17 16.93
Carguio y Transporte a
Bocamina 6.16 32.86
Total 18.75
Figura 3.2. Porcentaje de costos unitarios directos del Método Shortwall Mining
Figura 3.3. Costo Unitario de los Métodos de Explotación
34
CAPITULO IV
DISCUSIÓN
Con la aplicación del método Shortwall Mining en la Mina Magia Blanca; se
obtuvo una producción de 75 TM/ guardia, logrando superar la producción que
tiene la mina Chimú de la Empresa Black Hill Company SAC; aunque esta
producción fue baja en comparación con otras empresas mineras carboníferas,
como la Compañía Minera Delta ubicada en EEUU, con una producción de
1000 TM/ guardia, por que la realidad técnico-económica es diferente. El
porcentaje de recuperación del mineral es del 77%, teniendo un déficit con
respecto al 85% de recuperación teórico.
4.1. Costo Directo de Minado:
En la figura 3.1, observamos la distribución de los costos unitarios por
operaciones unitarias involucradas en la aplicación del método cámaras y
pilares y el método Shortwall Mining, la causa que los costos de sostenimiento
son elevados en el método de cámaras y pilares, en comparación con los
costos de sostenimiento en el método shortwall mining, es por el sostenimiento
adicional que se realiza en el momento del minado, este debe a la falta de un
diseño adecuado del sostenimiento. Con la aplicación del método shortwall, se
observa, hay una reducción de costos directos operativos comparados con el
método cámaras y pilares, siendo sus porcentaje de reducción: 5.72 % en
arranque y limpieza, 1.45% en carguío y acarreo, 57.39% en sostenimiento y
8.15% en transporte a bocamina.
La reducción del transporte se debe a la implementación de una locomotora a
baterías, el cual facilitó el transporte a bocamina, este porcentaje de reducción
de costo puede aumentar si los requerimientos de producción de la empresa
aumentan.
De similar forma el porcentaje de reducción de costo en la operación unitaria
arranque y limpieza (5.72 %), no es muy elevado ya que se sigue utilizando la
misma herramientas de arranque, como son picotas y barretillas, lo cual causa
demoras en la arranque del mineral.
35
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. Conclusiones:
a. La aplicación del método Shortwall Mining, en el tajo B ubicado en el
sector B de la zona I, en la Mina Magia Blanca; incrementó la
productividad, reduciendo los costos operativos y aumentando la
producción; en la medida que tenemos una productividad de 0.014 TM/ S/.
con el método Shortwall Mining y 0.012 TM/ S/. con el método cámaras y
pilares; además la recuperacion del mineral aumento del 55% con el
método cámaras y pilares al 77 % con el método Shortwall Mining.
b. Con la aplicación del método shortwall mining, se ha reducido los costos
de sostenimiento en un 57.39%. (Ver Tabla 3.2)
c. Con el método shortwall mining se logró el incremento de la producción de
50 TM/guardia a 75 TM/ guardia.
d. Hay una disminución de costo de 80.10 S/. /TM, con el método Cámaras
y Pilares, a 70.29 S/. /TM con el método Shortwall Mining.
5.2. Recomendaciones:
a. El método Shortwall Mining deber ser masificado en la zona I de la mina
Magia Blanca, adecuándose según la tipologia y geometría del manto.
b. Hay que rediseñar la operación de arranque y limpieza; carguío y
transporte a bocamina, con el incremento de maquinaria y rendimientos,
ya que los costos unitarios de estas operaciones, en el método de
Shortwall Mining representa el 39% y 33% respectivamente del costo
directo de minado.
c. Se debe realizar siempre un monitoreo geomecánico de las labores
mineras y un seguimiento topográfico en las labores y minado.
d. Seguir algunos lineamientos para la reducción de costo:
- Adoptar tecnologías mejoradas
- Rediseñar los procesos y actividades.
36
- Manejo de personal por competencia y compromiso con los valores
empresariales.
- Planeamiento de mantenimiento preventivo y correctivo.
37
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Black Hill Company “. Vol. 1. Lima -Peru
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13.Roberto H. S. (1988) “Metodología de Investigación “. Segunda Edición.
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38