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• Luis Victor Moises

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VI.- RELLENO 6.1.- Definición O volver a llenar, a fin de recuperar la estabilidad perdida del macizo rocoso comoi producto de la extracción del mineral económico, de modo se pueda continuar con el ciclo de minado. Es decir, materias que se introducen en una labor para llenar el espacio vacío, como aconsecuencia de las actividades mineras que se realizan. 6.2.- Reglamentaciones El Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería (D. S. No. 024-2016-EM del 28 de Julio de 2016), en sus artículos 226 especifica las medidas de seguridad y las disposiciones a cumplir en este tema, los que serán leídos y comentados en clase.

6.3.- Relleno Convencional 6.3.1.- Concepto O relleno detrítico (procedente de la desagregación de los cuerpos. Material inutilizable, desperdicio), es el material que se utiliza para rellenar los espacios vacíos producto de la extracción del mineral económico de las labores y evitar las caídas del techo o cajas y para contar con un piso de trabajo apropiado en las mismas. 6.3.2.- Características generales Es netamente ascendente. Su preparación requiere muchas veces el uso de taladros y explosivos, aunque puede ser con la ayuda de rastrillos, palas mecánicas, tractores, entre otros. Su transporte requiere waste pass, carros mineros/palas/tolvas, equipos de bajo perfil, entre otros. En la labor a rellenar se requiere de rastrillo/winche, palas manuales, etc. para extender la carga y empaquetar convenientemente las cajas y evitar los espacios vacíos, muy comunes en este tipo de rellenado, que permiten los movimientos de las cajas con los consiguientes riesgos de derrumbes. Características que debe reunir el material para relleno detrítico   

No debe adherirse a los dispositivos de transporte ( control del grado de humedad) La producción de polvo no debe afectar al ambiente de trabajo (control de humedad). Su granulometría debe ser tal que no permita los espacios vacíos o poros entre los trozos y facilite el “empaquetado” de las cajas.

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Debe tener un peso específico tal que permita la compresión del material por su propio peso. a) El Reglamento de Seguridad e Higiene Minera en sus artículos 192° y 193°, especifica las medidas de seguridad al respecto, que será leído y comentado en clase.

6.3.3.- Cálculos de volumen de relleno convencional requerido Se considera el COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD del material detrítico, el mismo que en términos generales es 0.7. Este coeficiente es mayormente debido a la humedad, granulometría, mineralogía, etc. Este valor 0.7 significa que en realidad, 1 metro cúbico del material de relleno introducido a la labor, luego de asentarse por su propio peso, solo ocupará un espacio de 0.7 metros cúbicos de dicho espacio inicial. Para los efectos se utiliza la siguiente fórmula: Volumen de relleno = Espacio abierto/coeficiente de compresibilidad Ejemplo: Se desea rellenar 360 m3 de espacio abierto en un tajo con relleno detrítico cuyo coeficiente de compresibilidad es 0.7 y su peso específico es 2.4. Hallar el volumen y el peso del relleno requerido. Desarrollo: Volumen de relleno = 360 m3/0.7 = 514.30 m3 Peso del relleno = 514.30 m3 * 2.4 = 1234.32 TM 6.3.4.- Obtención del relleno detrítico Figs. Nos. 1 y 2 En interior mina: De las cajas (Hueco de perro) De tajeos antiguos rellenados De labores que se aperturan en material pobre o estéril En superficie: Tajo abierto expreso para obtención de este material Escombros de Tajo abierto Material detrítico de faldas de cerros Calambucos o tipo coyote 6.3.5.- Características del rellenado detrítico 1. Permite la pérdida del mineral económico roto en la limpieza final (fragmentos finos) o lo diluye en gran porcentaje (al mezclarse con el relleno). 2. No siempre es posible “empaquetar convenientemente” las cajas. 3. Deja generalmente un piso irregular tanto a lo largo de la zona rellenada como transversalmente, por la presencia de bancos, dificultando o impidiendo el trabajo de equipos motorizados sobre neumáticos.

4. En algunos casos es muy costoso, porque su producción requiere expresamente de una cantera y el uso de maquinarias y equipos de perforación, voladura, chancado, transporte, entre otros

6.4.- Relleno Hidráulico Caudal o Gasto: Es la descarga de la tubería, puede ser en pie3/seg., GPM, etc. Densidad del fluido: es el peso de un pie cúbico de fluido. En este caso, el agua es de 62.37 lb/pie3. Flujo: Es cualquier líquido homogéneo utilizado para suspender y transportar las partículas sólidas. En este caso es agua. Fricción de fluido: es la suma de la fricción entre partículas y la fricción con las paredes de la tubería, por roce. Lama o fino: partículas finas inservibles para el relleno. Malla: número de aberturas en un tamiz por pulgada lineal. Se usa la Serie Tyler. Por ciento de sólidos en la pulpa: es él % de sólidos en la pulpa tanto en volumen como en peso. Pulpa: Mezcla de partículas sólidas y líquidas en donde no pueden químicamente rechazarse uno del otro. Las dos partes pueden ser prontamente separados sólo por procesos mecánicos. Presión Estática: Es la diferencia de nivel entre la descarga de la bomba y la descarga de la tubería. Relaves: conformado por materiales gruesos y finos provenientes de la Planta Concentradora. Sólidos: fragmentos de material que son químicamente inertes y no reaccionarán con el fluido en el cual son suspendidos. Velocidad Crítica: o mínima, es la velocidad promedio de transporte por la tubería, debajo de la cual las partículas se depositan en el fondo. Velocidad de sedimentación de la partícula: es el final de caída libre de una partícula sólida en agua clara; se utiliza para describir la sedimentación de rellenos, lodos, etc., con bajas concentraciones de sólidos. Velocidad de transición: O de tránsito, es la velocidad en que el flujo de una pulpa puede variar durante su recorrido. 6.4.1.- Concepto Es el material sólido (relaves, arenas, material detrítico seleccionados y menores de 2.5 mm promedio y cemento en determinados casos) que se transporta en un medio liquido a través de tuberías a fin de llenar los espacios vacíos dejados como consecuencia de la extracción del mineral económico. El cemento se usa en proporciones 1:6 a 1:32; el agua en cantidades de 200 lt/ton de relleno. En Andaychagua se obtiene 1 m3 de R/H con agregados (1,200 kg), arena (600 kg), cemento (300 kg) y agua (152 lt). 6.4.2.- Características generales Este tipo de transporte es por gravedad o con el auxilio de bombas. Se usa desde 1850 (California); en 1968 se aplicaron en Cerro de Pasco mezclando arena y agua para rellenar los tajeos de Arch back y de Corte y Relleno Descendente. Actualmente es utilizado en la mayor parte de minas. La adopción de este sistema de relleno conlleva efectuar a escala de laboratorio inicialmente y a escala semi-industrial después, una evaluación técnica y económica respecto a cantidad, calidad, ventajas, desventajas, desplazamiento de las cajas por presiones hidrostáticas, resistencias, pérdidas de material fino, etc.

Si el material empleado es relave de Planta Concentradora, el relleno es casi gratuito y ayuda a solucionar el problema de su almacenamiento en superficie (sobrecarga y contaminación ambiental). El transporte hidráulico por tuberías es económico, veloz y eficiente que cualquier otro medio. La diferencia de nivel entre la entrada y descarga permite transportar el relleno horizontalmente (5 veces la altura de caída). En el tajo, este relleno en forma de pulpa tiende a buscar su nivel, no siendo necesario el auxilio manual o mecánico. Deja un piso uniforme que facilita el laboreo del siguiente corte (reduce el ciclo de minado e incrementa la eficiencia). Al controlarse la granulometría y la forma de depositación de la pulpa, se consigue una óptima resistencia al desplazamiento de las cajas al eliminarse los espacios sin rellenar. Requiere una inversión inicial elevada que debe estar justificada. Es posible formar paredes verticales con represas muy ligeras, lo que facilita la recuperación de pilares. La introducción de agua (aproximadamente 200 litros de agua por cada tonelada de relleno introducido) puede causar problemas de desagüe y de sostenimiento. El Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería en sus artículos 227 y 228 especifican lo relacionado a R/H y hormigón, que será leído y comentado en clase. 6.4.3.- Requisitos del Relleno Hidráulico -

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El material sólido no debe reaccionar en ninguna forma con el agua. El tamaño de las partículas debe ser tal que se pueda transportar en tuberías (2.5 mm promedio); a mayor tamaño aumenta el desgaste de las tuberías (que es proporcional al cubo del diámetro de los granos). Tampoco deben contener partículas finísimas (lama) porque no decantan disminuyendo la velocidad de precolación. El material sólido debe mezclarse fácilmente con el fluido en que se transporta, así como separarse de éste. El material de relleno no debe contener sales ácidas que puedan corroer los tubos metálicos.

6.4.4.- Circuitos Característicos. Figs. Nros. 1 y 2 6.4.5.- Cálculos a .- Cálculos de requerimientos de Relleno Hidráulico Durante el circuito de procesamiento y transporte, generalmente el relleno hidráulico es medido en unidades de peso; y al llegar al tajo se relaciona a unidades de volumen. Se utilizan las siguientes formulas: Vol/mes = producc. Mensual mineral economico/dm; m3/mes Peso/mes = (vol/mes)* dr; ton/mes Donde dm = densidad del mineral; ton/m3 dr = densidad del relave; ton/m3

Existe otro procedimiento que nos indica el peso de relleno requerido por cada tonelada de mineral extraído: Peso relleno/ton mineral = dr/dm; ton de relleno Ejemplo Producción de mineral 30 000 ton/mes; Densidad del mineral 2.8 ton/m3 Densidad del relave 1.9 ton/m3 Desarrollo: Vol/mes = 30 000/2.8 = 10, 714 m3/mes Peso/mes = 10, 714 * 1.9 = 20,357 ton / mes Peso del relleno por tonelada de mineral = 1.9/2.8 = 0.68 ton relleno/ton mineral Significa que para rellenar el espacio dejado por una ton de mineral extraída, se requerirá 0.68 ton de relave b.- Cálculos de capacidad horaria de R/H de Planta Concentradora Un sistema de R/H debe contar con una capacidad horaria en peso y en volumen, en base a requerimientos mina. Se aplica para estos casos las siguientes fórmulas: Capacidad horaria en peso = ( peso relleno/mes ) / ( hora / mes * e ); ton/hora Capacidad horaria en volumen = capac. Horaria en peso/dr; m3/hora Donde: e = Factor de regularidad de trabajo; oscila entre 0.9 a 0.5 Ejemplo: Horas de operación/día 16. Días de operación/mes 26. Peso/mes de relleno 20,357 ton Factor de regularidad trabajo planta 0.7 . Densidad del relave 1.9 Desarrollo: Capacidad horaria en peso = 20,357 / ( 16 * 26 * 0.7) = 69.91 ton/hora Capacidad horaria en volumen = 69.91/1.9 = 36.80 m3/hora Si fuera mayor la producción de mineral, estas capacidades horarias de relleno no podrían abastecer los requerimientos. Por tal motivo, en la planificación se debe considerar tales argumentos. c.- Otras fórmulas: Volumen de agua = volumen de pulpa – volumen de sólidos; pie³/min = pie3/min * 28.32 lt/pie3 * 0.264 gl/lt; gl/min peso de agua transportada = volumen de agua * densidad de agua peso especifico mezcla = densidad de pulpa/ densidad del agua concentración por peso de mezcla = peso sólidos/ peso mezcla * 100 % sólidos rebose y descarga = ( 100 * Gs ( Gp –1))7 / Gp ( Gs – 1 )) Donde: Gs = gravedad específica de los sólidas Gp = Gravedad específica de la pulpa

6.4.6.- Tonelaje de relleno producido por planta concentradora Toda planta Concentradora cuenta con su récord de mineral de cabeza que trata, del concentrado que recupera y del relave que produce. Por ejemplo: Arcata Cabeza 569.00 ton/día Concentrado 20.73 ton/día Relave 548. 27 ton/día

Madrigal 1,000 ton/dia 121 ton/dia 789 ton/dia

Uchuchacua 1,260 ton/dia 72 ton/dia 1,188 ton/dia

El relave producido por Planta Concentradora cuenta con sólidos que requieren ser clasificados previamente para eliminar las partículas finas (lama), obtener una densidad, porcentaje, etc., adecuados. 6.4.7.- Ciclón Fig. No. 3 Consiste en un recipiente cilindro – cónico por cuya parte superior se inyecta tangencialmente y bajo presión ( 10 a 60 PSI) la pulpa ( partículas sólidas suspendidas en agua). La fuerza centrífuga proyecta estas partículas contra las paredes interiores del cilindro formando un remolino, descendiendo las partículas grandes ( 20 a 100 micras) sin dejar de girar hasta el fondo (APICE), mientras que las más finas ( lama o menores de 15 micras) son expulsadas hacia arriba ( VORTEX) por su menor densidad. El mayor % de las partículas sólidas que ingresan como relleno tienen de 40 a 60 micras, generalmente. El objeto del ciclón es obtener determinada malla y no capacidad. El ciclón elimina las partículas menores de 15 micras (lama) porque no decantan fácilmente aumentando el desgaste de las bombas de desagüe de las minas y porque demora el tiempo de secado del relleno, ya que disminuye la filtración del agua a través de este. g.1.- Rango de clasificación de tamaños de partículas de ciclones Las dimensiones de los ciclones varían de 4 a 15 pulgadas de diámetro (cilindro) y longitudes mayores de 1.50 metros. g.2.- Capacidad del ciclón: Qc = Aa * Vc; cm3/seg donde : Qc = capacidad del ciclón; cm3/seg Aa = área del tubo de alimentación =3.1416 * r2; cm2 Vc = velocidad del flujo de alimentación; cm/seg = √k*r*g k = factor de fuerza centrífuga, 15, 17 ó 19 r = radio de cilindro del ciclón, cm g = aceleración de la gravedad; 9.81 cm3/seg Ejemplo: Factor de fuerza centrífuga 17; aceleración de la gravedad 9.81 cm/seg2;

radio tubo de alimentación, 2 pulgadas = 5.081 cm; diámetro cilindro del ciclón, 15 pulgadas =38.10 cm2; radio cilindro del ciclón = 19.05 cm Desarrollo A = 3.1416 * 5.082 = 81.07 cm2 Vc = √ 17 * 19.05 * 9.81 = 563.65 cm3/seg Qc = 81.07 * 563.65 = 45, 695.11 cm3/seg = 2´ 741,706.60 cm3/min = 2.74 m3/min * 264.18 gl/m3 = 724 GPM Existen otros procedimientos, con igual fin. Cálculo de porcentaje de alimentación del ciclón % Apex = ( Q Apex / Q Alimentación) * 100 = (607.51 / 724) * 100 = 84 % % Vortex = 100 % - 84 % = 16 % 6.4.8.- Razón de poros El material de relleno hidráulico, por estar conformado de innumerables partículas de diferentes tamaños y formas, al momento de cambiar de su estado al de un cuerpo granular estable, sus partículas quedan ordenadas adoptando una posición tal que entre ellas existen espacios en los que permanecen atrapadas pequeñas porciones de aire y/o agua. Al cociente entre el volumen de vacíos o poros y el volumen de los sólidos, se le conoce como RAZON DE POROS. Es una medida que controla la compactación de un relleno e interviene en la determinación de la densidad relativa Matemáticamente se representa por: e = Vp / Vs Donde: e = Razón de poros Vp = volumen de poros o vacíos Vs = volumen de sólidos Existe a su vez la razón de Poros Real, Razón de Poros Máxima y Razón de Poros Mínima. Y el concepto COMPACTIBILIDAD O COMPACIDAD los relaciona, estableciendo que materiales con compacidad superior al 50 % suelen considerarse como compactos, mencionándose este valor frecuentemente como limite de seguridad razonable en problemas prácticos. 6.4.9.- Velocidad de Relave Se refiere a la velocidad de la pulpa en la tubería, en pie / seg. Se halla con la formula: V = Q/A Donde : V = velocidad del relave; pie/seg Q = caudal del relave; cm3/seg A = área del tubo; cm2 Ejemplo: Caudal 202.4 GPM * 3.785 lt/gl /60 seg/min = 12.77 lt/seg = 12,770 cm³/seg

Diámetro de tubería 4 pulgadas /10 cm) Desarrollo : V = 12,770 cm³/seg / (3.1416 * 52) = 162.59 cm/seg = 162.59/30.48 cm/pie = 5.33 pie/seg 6.4.10.- Velocidad de percolación Es el paso del agua a través del relave. Es la rapidez con que el relleno hidráulico pasara del estado de pulpa al de un cuerpo granular firme. Se obtiene en el laboratorio aplicando la siguiente formula: VP = L * Q/H * A; cm/hora Donde : VP = velocidad de precolación; cm/hora H= Altura constante de agua; cm L = altura de la masa granular en la tubería; cm A= Area transversal del tubo; cm2 Q = Caudal del relleno hidráulico; cm3/hora Ejemplo : Diámetro del tubo, 4 pulgadas (10 cm). Altura de la masa granular, 9 cm. Caudal, 6200 cm 3/hora. Altura del agua que permanece constante, 50 cm Desarrollo : A =52 * 3.1416 = 78.54 cm2 VP = 9 * 6200/50 * 78.54 = 15.47 cm/hora Estadísticamente, la velocidad de precolación óptima es de 10 cm/hora. Una velocidad inferior a 4 cm/hora ocasiona una eliminación de agua sumamente lenta; Encima de 20 cm/hora da lugar a la aparición del fenómeno de EMBUDO, que consiste en la formación de conductos pequeños en el interior del relleno, por el que fluye el relleno a mayores velocidades produciendo ensanchamientos y hundimientos, y por lo mismo una superficie irregular en el piso. Máxima distancia horizontal. 6.4.11.- Tiempo de rellenado de un tajo Se obtiene relacionando la altura del rellenado con la velocidad de precolación: Ejemplo: 2.50 m/0.1547 m/hora = 16 horas Se agrega las horas de preparación del tajeo para rellenado (aproximadamente 2 guardias), totalizando 32 horas. 6.4.12.- Bombas Para su selección debe considerarse los siguientes cálculos: a.- Gasto efectivo (Q) Q = gln/dia/hora/dia ; gln/hora (ó gln/min) Teniendo en cuenta que debe considerarse un margen de seguridad de 25 % por la disminución de eficiencia por altura de trabajo. b.- Potencia requerida por el motor (HP) HP = W * H/33,000 * e + 15 % por margen de seguridad

Donde : W = peso de la pulpa; lb/min H = altura de la columna + carga pérdida por fricción, con relación a la longitud de tubería desde la bomba a los ciclones; pies E = eficiencia de la bomba; % 33,000 = constante ( en lb-pie/min ) para convertir a HP 6.4.13.- Preparación del tajo para su rellenado Concluida la limpieza del mineral económico, el tajo se prepara para su rellenado. Se arman los cuadros chute-camino o puntales en línea, se instalan los sistemas de drenaje, se enrejan y se forran con yute o poliyute ( poroso). Además, el poroso debe cubrir las cajas o paredes del tajo, sobresaliendo 1.5 m para permitir su posterior unión al siguiente ciclo de rellenado. Este forrado es para evitar filtraciones del relave a través de las fracturas o enrejados y si permitir el drenaje del liquido. Cuando el rellenado es descendente, el tajo en toda su extensión se cubre con malla metálica y se requiere de una losa de 1m de altura con mezcla de relave-arena: cemento de 1:6 el resto del tajo se rellena con mezcla 1:36 La tubería de plástico y manguera de jebe se coloca a unos 3m debajo del techo sobre puntales alineados a lo largo de casi todo el tajo, a medida que se va rellenando se va desconectando la tubería. Deben evitarse que sean sepultados por el relleno. Inicio del rellenado Una vez chequeado la preparación del tajeo, el jefe de R/H dará la orden de iniciar el rellenado al operador, quien abrirá la válvula de agua durante unos minutos a fin de verificar el caudal de llegada, luego, alimentara con pulpa. Se estila cubrir con pulpa inicialmente la zona de rebose a torre de drenaje hasta una altura de 0.80 m desde el piso, con el fin de facilitar la decantación de los sólidos y clarificación de agua a drenar. Si se observara golpes o pulsaciones en la salida de la pulpa, será señal que la alimentación no está siendo controlada; deberá en este caso avisarse al operador a fin que subsane esta anomalía, ya que puede atorarse la tubería. 6.4.14.- Resistencia del concreto Las pruebas realizadas en probetas extraídas durante el rellenado de labores con mezcla 6:1 han dado como resultado: Esfuerzo a la compresión /fc) = 125 kg/cm2 a los 28 días Módulo de elasticidad del concreto (Ec) Ec = 0.1362 * W1.5 * fc 0.5 Donde: W = peso del concreto; kg/m3 Fc = esfuerzo permisible de compresión Ejemplo : W = 2400 kg/ m3 Fc = 125 kg/cm2 Ec = 0.136 * 24001.5 * 1250.5 = 180 000 kg/cm2

= 1.8 * 105 kg/cm2 Módulo de elasticidad del acero (Es) Es = 2.039 * 106 kg/cm2 Relación de módulos de elasticidad del acero y el concreto (N) N = Es/Ec = 2.039 * 106 / 1.8 * 10 5 = 11 6.4.15.- Losas Son estructuras de R/H y cemento en proporción 1:6 con espesores de 1 metro a más que se ubican en el piso de las labores, rellenándose el resto de la abertura con mezcla 1:30. Utilizado en corte y relleno descendente alternado ( Michigan, paneles, pilares ) con R/H. El concreto es fuerte a la compresión, pero quebradizo y casi inútil a la tensión. Son miembros estructurales sometidos a esfuerzos de tensión, por lo que generalmente se agrega un refuerzo de acero para la tensión y corte, este acero puede ser tubos usados de fierro, rieles usados, cables de acero, barras de acero corrugado, etc., de 1 a 2 pulgadas de diámetro El concreto sin refuerzo es utilizado en aquellas labores cuya losa no estará expuesta a esfuerzos de tensión o que se rellenara de inmediato. Una de las suposiciones fundamentales del concreto reforzado es que el acero y el concreto actúan juntos, como una unidad. a.- Cálculo de losas Altura de losa (d) = ( M/R * b)0.5 Cantidad de acero (As) = M/fs * j * d Donde : d = altura de losa; cm M = momento flector; kg/cm R = fc * j * k/2; kg/cm Fc = esfuerzo permisible de compresión de la probeta; 56 kg/cm2 j = 1 – (k/3) k = n/ (n + (fs/fc)) b = ancho de losa; cm As = cantidad de acero fs = esfuerzo de tensión del acero; 1400 kg/cm2 n = relación de los módulos de elasticidad del acero y del concreto.

LOSAS EMPOTRADAS

LOSAS EN VOLADIZO

LOSAS SIN EMPOTRAMIENTO

6.4.16.- Cálculo de costos de un sistema de R/H Se consideran los costos de propiedad ( amortización y depreciación) y de operación (mantenimiento, salarios, energía, instalaciones, etc. ) de acuerdo a: MATERIALES Tubería Accesorios de tubería (coplas, codos, válvulas, purgadores, mangueras, campanas, concreto, cables eléctricos, etc.) Otros.

EQUIPOS

ENERGIA

MANO DE OBRA Hidrociclones Electricidad Personal de Acondicionadores operadores, Bombas supervisión, etc. Comunicaciones Balanzas Tanques Fajas Manómetros Otros

INSTALACIONES Tuberías y accesorios, Cajas de control, tanques, bombas, bases, ciclones, linea telefónica, poliyute, cajones de contro, etc.

Finalmente se relaciona el costo de R/H con el costo por tonelada de mineral extraído.