Métodos Clave de Explotación en Minería Subterránea: Diseño, Aplicaciones y Riesgos Geomecánicos

Métodos de Explotación Minera Subterránea

Sublevel Stoping (Explotación por Subniveles con Caserones Vacíos)

El método de Sublevel Stoping se aplica en yacimientos de forma tabular vertical o subvertical de gran espesor, generalmente superiores a los 10 metros. Consiste en la excavación del mineral por tajadas verticales, dejando el caserón vacío. El mineral se recolecta en embudos o zanjas ubicadas en la base del caserón. Es un método no selectivo.

Componentes Clave del Diseño en Sublevel Stoping:

• Galería base de perforación: Se traza a lo largo del caserón y es fundamental para las operaciones de perforación.
• Galería de transporte secundario: Utilizada para el tránsito de equipos y el acarreo del mineral.
• Estocadas de producción: Accesos para la extracción del mineral.
• Pique de extracción o estación de carguío de camiones: Infraestructura para el transporte vertical o la carga del mineral.

Preparación de la Base de un Caserón en Sublevel Stoping (SLS)

La preparación de la base es crucial e incluye las siguientes labores:

• Galería base de perforación (o galería de zanja): Es la labor desde la cual se construye la zanja que se traza a lo largo del caserón.
• Galería base de transporte secundario: Excavación por la cual transitará el equipo de carguío y transporte secundario (por ejemplo, LHD - Load Haul Dump), que se encargará de extraer el mineral y llevarlo al pique de traspaso.
• Estocadas de carguío: Excavación horizontal que comunica las dos galerías mencionadas anteriormente y permite acceder al mineral tronado en la zanja y en el caserón. Su sección deberá ser acorde con la galería base de transporte secundario. Las estocadas de carguío se disponen paralelas entre sí y equidistantes; las distancias de separación estarán determinadas por las condiciones de estabilidad de la faena.
• Pique de extracción o infraestructura de traspaso: Excavación vertical o subvertical que comunica el nivel de producción con el de transporte principal u otro punto intermedio (como un punto de control granulométrico o un silo). Su sección dependerá de los requerimientos de producción y las características de diseño establecidas.

Sublevel Caving (Explotación por Subniveles con Hundimiento)

El método de Sublevel Caving se aplica en cuerpos tabulares verticales o subverticales de gran espesor (entre 30 y 60 metros). También se utiliza en cuerpos masivos de forma irregular. Es un método de alta capacidad productiva, aunque presenta alta dilución. La roca mineralizada debe presentar condiciones de competencia suficientes para que las labores emplazadas en ella permanezcan estables con un mínimo de elementos de refuerzo. Por otro lado, la roca circundante (caja) debe ser poco competente para facilitar el hundimiento.

Longwall Mining (Minería de Tajo Largo)

El método de Longwall Mining se emplea en cuerpos tabulares horizontales de poca potencia (espesor). Consiste en aislar la zona de trabajo e ir avanzando por el frente “fila a fila”, dejando atrás de sí el derrumbe controlado del techo. Este derrumbe ayuda a la estabilidad del área activa y libera de carga los pilares o sostenimientos temporales utilizados. Es un método de alta producción, pero generalmente opera con un solo frente de trabajo activo a la vez por panel.

Block Caving y Panel Caving (Hundimiento por Bloques y Paneles)

Los métodos de Block Caving y Panel Caving se aplican en cuerpos masivos de forma irregular y en yacimientos de grandes dimensiones, como, por ejemplo, depósitos diseminados conocidos como pórfidos cupríferos. También se utilizan en cuerpos de forma tabular de gran espesor. El método consiste en inducir el hundimiento de la columna mineralizada, socavándola mediante la excavación de un corte basal (undercut), usualmente con técnicas de Perforación y Tronadura (PyT). El mineral derrumbado se extrae por la base a través de un sistema de zanjas o puntos de extracción, generando que el fenómeno de hundimiento continúe y se propague hasta la superficie, lo que puede causar subsidencia. Estos métodos presentan buena recuperación, pero pueden tener mala selectividad. La dilución se gestiona con un control riguroso del tiraje (extracción) del mineral.

Diseño del Método de Caving

Un aspecto clave en el diseño de estos métodos son las Mallas de Extracción, que corresponden a la disposición geométrica de los puntos por donde se extrae el mineral en el nivel de producción.

Condiciones Básicas de las Mallas de Extracción:

• Deben ser lo suficientemente estrechas para lograr la intersección adecuada de los volúmenes de mineral en movimiento y asegurar un flujo continuo.
• Deben ser lo suficientemente amplias para maximizar el área de sustentación del nivel de producción, minimizar el desarrollo de galerías y permitir una operación holgada y segura.
• Los puntos de extracción deben ser equidistantes, manteniendo distancias similares entre ellos en cualquier dirección para asegurar una extracción uniforme.

Fenómenos y Riesgos Asociados en Minería Subterránea

Airblast (Golpe de Aire)

El Airblast, o golpe de aire, es un fenómeno de desplazamiento de aire a alta presión, similar a un pistón. Es provocado por el desprendimiento súbito de un bloque de roca de grandes dimensiones que, en su caída dentro de excavaciones amplias (como caserones vacíos), moviliza una gran masa de aire. Esta masa de aire es obligada a desplazarse a alta velocidad y presión por los túneles y galerías de la mina, pudiendo arrastrar y dañar personal, equipos e instalaciones que encuentre en su recorrido.

Estallidos de Roca (Rockbursts)

Los Estallidos de Roca (Rockbursts) se definen como la ruptura repentina y violenta de un volumen considerable de roca que se encuentra sometida a un alto nivel de esfuerzo (sobreesfuerzo). Este fenómeno es el resultado de una liberación instantánea de una gran cantidad de energía elástica acumulada en la roca. Pueden causar daños significativos a las excavaciones y representar un grave peligro.

Bombeos o Estallidos de Agua-Barro (Mud Rushes)

Los bombeos o estallidos de agua-barro (Mud Rushes) se definen como el ingreso violento e inesperado de una mezcla de material fino (lodos, arenas) y agua hacia las labores productivas u otras excavaciones subterráneas.

Los métodos de Block Caving y Panel Caving son operaciones inherentemente susceptibles a la ocurrencia de bombeos internos debido a que:

• Tienen el potencial de generar acumulación de agua, tanto superficial (infiltrada) como subterránea, en la columna de material hundido.
• Generan grandes cantidades de material fino como resultado del proceso de fragmentación y conminución del mineral durante el hundimiento y la extracción.
• Las propias actividades de producción (como el tiraje del mineral) pueden proporcionar las perturbaciones o cambios de equilibrio necesarios para desencadenar estos flujos.