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Ingeniería en Minas

Longwall Mining Investigación del Método de Explotación

NOMBRE: Angel Hernández Gajardo CARRERA: Ingeniería en Minas ASIGNATURA: Secuencia de Explotación PROFESOR: Pía Vargas Santander FECHA: 21-11-2019

1 RESUMEN EJECUTIVO En la explotación minera subterránea existen diferentes métodos aplicables según las propiedades del estéril y el mineral (geometría del yacimiento, leyes, resistencia, etc), el objetivo de estos métodos es el diseño geométrico de la mina, selección de maquinaria y sistema tecnológico más apropiado para una extracción segura y económicamente rentable. En la explotación de minerales blandos se aplica el método Longwall mining conocido en español como explotación por “tajos largos”. En la explotación por Longwall se extrae el mineral a lo largo de un frente de trabajo, horizontal o inclinado, con una extensión longitudinal grande. Se utiliza principalmente en vetas de carbón de distintos espesores, este es un mineral blando por lo que no requiere perforación y tronadura, sino que se corta el carbón por franjas con máquinas como minadores continuos o shearer. El mineral cae en una cadena transportadora que lo lleva hasta una galería de transporte y luego fuera de la mina. El longwall corresponde a un sistema de explotación soportado donde se necesita sostener la estructura de la mina con fortificaciones de accionamiento hidráulico mientras se extrae el mineral. Los soportes se mueven hacia adelante a medida que avanza la explotación y el techo que se va dejando atrás se deja caer produciendo una subducción del terreno, a pesar de dejar caer la mina el método no se trata de un sistema puramente de hundimiento ya que lo que se deja caer suele ser estéril el cual no es el objetivo de la explotación.

Longwall Mining ............................................................................................................................................ 1 Investigación del Método de Explotación ...................................................................................................... 1 1

RESUMEN EJECUTIVO ............................................................................................................................. 2

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INTRODUCCION....................................................................................................................................... 4

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OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 5

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ALCANCES Y LIMITACIONES .................................................................................................................... 5

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HISTORIA ................................................................................................................................................. 5

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DESARROLLO ........................................................................................................................................... 6

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APLICACIÓN DEL MÉTODO ..................................................................................................................... 9

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Maquinaria ............................................................................................................................................ 10

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CONCLUSION ......................................................................................................................................... 11

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COMENTARIO.................................................................................................................................... 11

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BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................... 12

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ANEXOS ............................................................................................................................................. 13

2 INTRODUCCION En minería lo más importante es extraer el cuerpo mineralizado de la mejor manera posible, lo más económico y que nos entregue la mayor rentabilidad. Para esto se estudian las características del macizo rocoso (geometría del yacimiento, leyes del mineral, resistencia, fracturación, etc.)

y según criterios de selección se

escoge el sistema que más adecuado para la extracción, definiendo primeramente si el método de explotación será Rajo o Subterráneo, si el depósito puede explotarse mediante cualquiera de estos dos métodos decidiremos en función del beneficio económico. En cuanto a los métodos de explotación subterránea podemos clasificar en sub tipos la manera de extraer el mineral según las características geotécnicas principalmente, estos métodos pueden ser: 

Métodos autosoportados o caserones abiertos: Luego de la extracción de mineral los caserones quedan vacios, prácticamente sin requerir fortificación.



Métodos con caserones soportados: Los caserones deber ser sostenidos con fortificación artificial para mantenerse en pie.



Métodos de hundimiento: Los caserones se van hundiendo gradualmente a medida que se va realizando la explotación, el mineral se extrae por medio de este hundimiento.

En este informe estudiaremos el método de explotación Longwall Mining, conocido en español como explotación por frentes o tajos largos, varios autores lo han clasificado como un método de hundimiento aunque no posee las mismas características que los otros que componen este sub tipo (sublevel, block y panel caving), el longwall utilizado para minerales blandos es mas bien una mezcla de un método soportado con uno de hundimiento, ya que existe un soporte para el techo (estéril) pues este es débil, pero al ir avanzando con la explotación se deja que se hunda. A diferencia de los métodos de hundimiento, en longwall dicha subducción no es para la extracción de mineral sino por la baja competencia de la roca caja.

3 OBJETIVOS 

Principal

o Comprender el mecanismo y la importancia del método Longwall, que no es muy conocido, con su respectiva descripción, preparación, ventajas, desventajas. 

Secundario

o Conocer la maquinaria utilizada en el método de explotación longwall mining.

4 ALCANCES Y LIMITACIONES El presente informe abarcara el método de explotación subterránea Longwall mining de manera generalizada, ya que el objetivo es que el lector genere una idea global del método. Se enfocara en el desarrollo, preparación, explotación del método, ventajas desventajas, que son los temas que mas nos importan, y además, tocando de manera breve la historia del método y maquinaria utilizada. La descripción de método se limitara principalmente en la utilización de Longwall para vetas de minerales blandos como carbón.

5 HISTORIA El sistema de explotación Longwall tiene sus orígenes a fines del siglo XVII en Inglaterra, donde se explotaban mantos de carbón de forma horizontal cavando siempre en la misma pared y a medida que se avanzaba dejar caer el techo detrás, en estos tiempos las fortificaciones se realizaban con madera y la extracción de forma manual por lo cual se necesitaba una gran mano de obra, este proceso paso a llamarse método de explotación Shropshire por ser originario de la ciudad de Shropshire, Inglaterra. Por Lo inseguro del método el cual causaba gran cantidad de muertes y por la gran cantidad de mano de obra que se necesitaba el método rápidamente fue cambiado por otros alternativos como Rooms & Pilars, pero por la baja competencia de la roca en las minas de carbón los pilares debían ser demasiado anchos y esto originaba que las ganancias no fueran óptimas. Pero gracias a los avances tecnológicos en el siglo XX el método fue siendo recuperado de tal manera que hoy es el método más usado en las minas de carbón alrededor del mundo por su gran eficiencia, seguridad y productividad.

6 DESARROLLO Como fue mencionado anteriormente, el método de explotación subterránea Longwall Mining es aplicado principalmente a vetas de minerales blandos como carbón, donde este se extrae de a lo largo de un frente de trabajo horizontal o inclinado con una gran extensión horizontal. La explotación por Longwall tiene una preparación sencilla y tiene la ventaja de proporcionar una producción continua con la posibilidad de una muy completa mecanización, lo cual mejora la productividad, seguridad y salud del personal. Procedimiento del método de explotación Longwall: 

Desarrollo:

Durante la etapa del desarrollo el objetivo es llegar a la Unidad de Explotación. La profundidad de trabajo se situa entre los 60 y los 850 m. Se aplica a capas de carbón entre 1 y 5 metros de potencias. A mayores potencia se divide la capa en tramos más estrechos, pero se ha llegado a emplear máquinas de corte de hasta capacidad de 8m de altura. Lo primero que se debe hacer es ingresar al yacimiento con una rampa si es que el yacimiento se encuentra bajo un terreno sin inclinaciones que no permitan desarrollar otro tipo de galería. Al llegar al yacimiento se comienza a construir una serie de galerías entrecruzadas tratando de llegar a los extremos del yacimiento, estas construcciones se realizan con un minador continuo, el cual utiliza aire comprimido. A medida que se avanza se desarrolla una chimenea de ventilación por donde se hace llegar el desarrollo lateral de la mina (ventilación, aire comprimido, agua). También se desarrolla una rampa única y exclusiva para el transporte de material que conecta la mina con la superficie y llega a un sector de acopio. Una vez llegado a un extremo del yacimiento se define una unidad de explotación. Ver fig 1. 

Preparación:

Ya definida la unidad de explotación ahora debemos trabajar en ella para prepararla para la etapa de explotación. La anchura del panel esta entre 100 y 300 m y la longitud entre 500 y 4000 m. Se desarrolla una galería al costado de la galería llamada “vía principal” o “galería principal”. Al otro lado de la unidad de explotación se desarrolla otra galería llamada “Puerta posterior”, Luego estas dos galerías se unen en el extremo de la

unidad de explotación (al límite del yacimiento) con una galería llamada “Cara”, en la parte posterior de la unidad de explotación puede encontrarse cualquier galería que haya sido construida antes. A medida que se hace esto se avanza con el desarrollo lateral de ventilación y aire comprimido, donde el aire limpio entra por la galería principal y atraviesa por la cara y sale por la puerta posterior, en este punto el aire ya no se encuentra limpio ya que contiene gases como metano y dióxido de carbono. Mientras la “Cara” es construida se instalan gatos hidráulicos los cuales son la fortificación del método de explotación. Finalmente se lleva el Shearer (esquilador) a la “Cara” en el extremo de la “Galería principal” apuntando sus escariadores al interior de la unidad de explotación. Ver fig. 2, 3. 

Explotación:

Teniendo todo instalado se pone en marcha el Shearer el cual avanza de extremo a extremo desgarrando el mineral de la roca el cual es transportado por correas transportadoras. Al llegar a la “Puerta trasera” el Shearer avanza hacia delante 1 o 2 metros y comienza a explotar nuevamente el mineral desde ese extremo al otro. A medida que el Shearer avanza de extremo a extremo los gatos hidráulicos se hacen avanzar la misma distancia que avanzo el Shearer al llegar al extremo. Ver fig. 4, 5. El mineral que va quedando detrás se deja caer creando un cráter de subducción, este material pasa a llamarse Gob. Ver fig. 6. Llegando al final de la unidad de explotación se debe dejar un gran pilar para sostener las zonas cercanas. El proceso se repite hasta completar lo planeado y luego toda la maquinaria y fortificación recuperables se sacan para volver a utilizarlas. 

Ventilación:

La ventilación de la mina no es natural, esta debe ser ayudada inyectando aire atreves de redes y extrayendo el aire “sucio” al exterior. Por otro lado en el Gob se permite la acumulación de gases de dióxido de carbono y metano con el objetivo de que no haya presencia de oxigeno que pueda ocasionar una combustión espontánea, para lograr que

los gases no se filtren cada cierto avance se crea un “Sello” que impida este proceso, pero también esto implica que siempre habrá una llamada “Franja explosiva” entre el Gob y la Cara la cual necesita una minuciosa y constante supervisión. Lugares donde se implementa este método Actualmente el sistema longwall representa más del 50% de la producción global del carbón. Algunas mineras que lo utilizan son: 

Andalex Resources, Price, Utah, USA



Arch of Kentucky, Lynch, Kentucky, USA



ARCO Coal, Gordonstone Colliery, Australia



ARCO Coal, Somerset, Colorado, USA



Costain Coal Company, Caney Creek, Kentucky, USA



Colowyo Coal, Meeker, Colorado, USA



Cyprus Plateau Mining Corporation, Price, Utah, USA



Cyprus Shoshone, Hanna, Wyoming, USA



Energy West Mining Company, Huntington, Utah, USA



FMC Wyoming Corporation, Green River, Wyoming, USA



GENWAL Resources, Inc., Huntington, Utah, USA



Island Creek, Mt. Storm, West Virginia, USA



Island Creek, Lexington, Kentucky, USA



Kaiser Coal, Raton, New Mexico, USA



Kaiser Engineers, San Francisco, California, USA

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Mencon, LLC, Wyoming, USA



Meridian Minerals, Englewood, Colorado, USA



Mettiki Coal Corporation, Oakland, Maryland, USA



Monterey Coal Company, Carlinville, Illinois, USA



Pittsburgh & Midway, Raton, New Mexico, USA



Plateau Mining Company, Price, Utah, USA

En Chile fue utilizado en Lota, pero actualmente esa mina ya no sigue funcionando.

7 APLICACIÓN DEL MÉTODO La explotación por longwall es aplicable a yacimientos tabulares de poca potencia y estratificados con un espesor uniforme y una extensión horizontal grande. El yacimiento puede ser representado por una veta de carbón, una capa de potasa o un aglomerado aurífero. Es aplicable en roca tanto dura como blanda ya que el área de explotación puede ser sostenida de ser necesario. Sin embargo la principal aplicación es a vetas de carbón, mineral blando que puede ser cortado por un minador continuo o un shearer.



Ventajas del Longwall Mining

o La mayoría de mineral es recuperado (más del 80%) o Alta tasa de producción. o Baja cantidad de materiales consumibles, por lo que los costos suelen ser estables. o Mano de obra mínima. o Hundimiento es por lo general inmediato. o Buena seguridad de los mineros por fortificación con gatos hidráulicos. o Adecuando para mecanización total y automatización. o Operaciones concentradas, facilitando transporte y ventilación.



Desventajas del Longwall Mining

o Genera hundimiento (cráter de subducción) en el exterior que daña ecosistema e instalaciones. o Costo inicial alto. o Inhabilitación del terreno luego de ser explotado. o El hundimiento se produce en áreas extensas, por lo que es controlable solo hasta cierto punto. o Su método de ejecución es inflexible y rígido. o Riesgo de combustión espontánea.

8 Maquinaria 

Gato Hidráulico: Son máquinas utilizadas para sostener el material sobre la galería e impedir el colapso de esta. Puede tener pasillos para la movilidad del personal, un pasillo para la instalación de una correa transportadora, cavidades para extender las redes auxiliares y espacio suficiente para instalar maquinaria. Los gatos hidráulicos tienen un ancho promedio de 1.75 metros, una altura que se puede extender hasta los 6 metros, está hecha de tal forma que encajen una al lado de otra para de esta forma cubrir largas extensiones. Una propiedad importante de los gatos hidráulicos en Longwall es la movilidad que debe tener esto, ya que deben ir avanzando de uno a dos metros por corrida del Shearer. Ver fig. 7



Shearer: También llamado esquilador, es una maquina minera de gran tamaño compuesta por un cuerpo principal que contiene las funciones eléctricas, el motor para mover el Shearer y el sistema de bombeos hidráulicos; presenta también 1 o 2 brazos cada uno con un tambor de corte con escariadores dentro de los cuales se encuentran los motores eléctricos que transfieren su energía atreves de engranajes en el interior de los brazos hasta el tambor produciendo la rotación de estos entre 20 y 50 revoluciones por minuto para cortar el mineral. El Shearer se mueve a lo largo de la Cara arrancando el mineral con los escariadores, el cual cae en una cinta transportadora. La velocidad del Shearer varía entre 10 y 30 metros por minuto dependiendo de las condiciones del corte. Ver fig. 8



Minador Continuo: Es una maquinaria de avance para crear galerías arrancando el mineral con tambores con escariadores, el material arrancado es recogido por una pala por debajo de la máquina y luego llevado a una cinta transportadora, la maquina necesita aire comprimido y electricidad para funcionar. Ver fig. 9



Cinta transportadora: La cinta transporta el mineral desde los puntos de extracción (sea avance de galerías o explotación de unidades de explotación) hasta el exterior donde el mineral es acopiado. La cinta suele tener un ancho promedio de 1 metro. El mineral recogido del Shearer suele presentar un gran diámetro por lo que debe ser reducido en la galería principal. Ver fig. 10

9 CONCLUSION El desarrollo de la tecnología ha influido en la evolución de los antiguos métodos de explotación, evitando los riesgos para el personal, mecanizando y automatizando el trabajo en minas. El método Longwall aplicado al carbón es una demostración de cómo los avances tecnológicos han mejorado todo el desarrollo de la minería, disminuyendo los riesgos del personal por lo blando que es el mineral y elevando la productividad logrando que este método sea eficiente. Si bien requiere de una inversión inicial grande, su producción es alta y tiene gran recuperación de mineral, es por ello que en su categoría, explotación de minerales blandos, es el más utilizado.

10 COMENTARIO La explotación por Longwall es muy cara a corto plazo, principalmente por las maquinarias por lo que implementarlo es difícil para un pequeño minero, está pensado principalmente para un yacimiento de gran extensión donde a largo plazo se recupere la inversión inicial. El método longwall es muy interesante principalmente por la maquinaria que se utiliza para cortar el carbón y para fortificación, que no es muy común de ver en Chile y que es muy diferente a la de los otros métodos de explotación más conocidos utilizados para la extracción de cobre, también es interesante que no utiliza perforación y tronadura.

11 BIBLIOGRAFIA 

Contreras, Eduardo (1990). Métodos y sistemas de explotación. Chile.



Novietzy, Alejandro (1975). Métodos de explotación subterránea y planificación de minas. Buenos Aires.



Tatiya, Ratan (2005). Surface and underground excavations: methods, techniques and equipment. London: A. A. Balkema Publishers.



http://www.carbunion.com/panel/carbon/uploads/extraccion_carbon_2.pdf. Consultado el 7 de julio del 2012.



http://en.wikipedia.org/wiki/Longwall_mining. Consultado el 7 de julio del 2012.

12 ANEXOS

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 5

Fig. 4

Fig. 6

Fig. 7 Fig. 8

Fig. 9 Fig. 10

Imagen explicativa una Unidad de Explotacion y forma de avance.

Fig. 11