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• Kelvin Portilla Quesada

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RELLENO DE MINA CURSO: Métodos de Explotación Subterranea ALUMNOS:

Pretell Lozano, Fernando Gutierrez Pacheco, Marcos Mendoza Vergaray, Gary PROFESOR: Grimaldo Zapata, Francisco

INDICE  INTRODUCCION  OBJETIVOS  CONCEPTO Y CLASIFICACION DE RELLENOS  RELLENO DETRITICO  RELLENO HIDRAULICO  RELLENO EN PASTA  RELLENO DE HIELO  CONCLUSIONES  RECOMENDACIONES

INTRODUCCION El presente informe es un trabajo de investigación elaborado para el curso de Métodos de Explotación Subterránea de la Facultad De Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgicas (FIGMM) de la Universidad Nacional De Ingeniería (UNI), el tema a tratar será el relleno de mina. El relleno se define como material que sustituye al mineral arrancado en los métodos de explotación, principalmente en los métodos Corte y Relleno Ascendente (Over Cut and Fill), Corte y Relleno Descendente (Under Cut and Fill), y en menor proporción en algunos otros métodos de explotación. El relleno se introduce en los lugares explotados de la mina y es utilizado como sostenimiento para seguir explotando los diferentes niveles o subniveles de explotación, sirve para proteger la superficie exterior de hundimientos rápidos y excesivos, para reducir la presión del terreno y proteger las excavaciones, para prevenir la generación de incendios, y la acumulación de gases en las excavaciones. A demás de generar otros beneficios indirectos como evitar las escombreras, disminuir la cantidad de relave en las relaveras, etc.

OBJETIVOS • Conocer porque se emplea el relleno en mina, que funciones cumple.

• Conocer los tipos de relleno existentes y sus características. • Conocer el relleno detrítico sus ventajas, desventajas, parámetros de diseño. • Conocer el relleno hidráulico sus ventajas, desventajas, parámetros de diseño. • Conocer el relleno en pasta sus ventajas, desventajas, parámetros de diseño.

RELLENO El termino “relleno” incluye todos los pasos que se dan para rellenar las excavaciones hechas en las estructuras mineralizadas como mantos, clavos, vetas anchas, stock work, etc., ( depósitos minerales). Es una parte del sistema de Minado. El relleno se coloca inmediatamente después de que se han hecho las excavaciones, voladura y limpieza.

SELECCIÓN DEL MATERIAL DE RELLENO La selección del material de relleno está en función de varios factores, tales como el tipo de relleno que se pretende emplear y su disponibilidad es necesario contar con la cantidad necesaria de material de relleno en tiempo y forma, de lo contario se detendrá el ciclo de minado. Es importante considerar si el tipo de relleno necesita recibir un tratamiento previo a ser colocado en los espacios vacios dejados por las labores de las explotaciones mineras, tomando en cuenta el costo del tratamiento y de las instalaciones necesarias para llevarlo a acabo. Con la finalidad de reducir el costo de transporte y colocación del relleno, en lo posible, la fuente de donde se obtiene el relleno debe encontrarse lo más cercano posible a la mina. Se debe considerar las características de resistencia y alterabilidad del material después de que ha sido colocado dentro de los espacios vacios, ya que este material será nuestro piso durante el tiempo que dure la explotación del yacimiento.

RECONOCIENDO RELAVE Y DESMONTE

TIPOS DE RELLENO Después de haber visto varias clasificaciones, podemos clasificar los rellenos generalmente en: Relleno Detrítico, (de rocas o escombros)

Relleno Detrítico Cementado Relleno Hidráulico Relleno en Pasta Relleno de Hielo

RELLENO DETRITICO Se llama relleno detrítico o rocoso al material generalmente procedente de las labores mineras subterráneas excavadas en terreno estéril (desmonte). Rellenar los tajeos con relleno detrítico resulta un procedimiento caro, porque implica excavar el material detrítico o aluvial de una cantera, luego transportarlo hasta la superficie de la mina, donde se lanza por gravedad al sub suelo. Este relleno, ya en el interior de la mina, requiere ser transportado horizontalmente repartiéndose en diferentes direcciones según se requiera a partir del “Fill-Pass” hasta los tajeos en explotación. Esta distribución de material es muy laboriosa, se calcula que llega a consumir el 30 % del tiempo del personal del tajeo, en muchos casos el piso no es uniforme y como consecuencia se produce una mayor dilución.

CARACTERISTICAS DE UN BUEN RELLENO DETRITICO  Que el material de relleno se encuentre disponible en cantidad suficiente dentro del area de la mina.  Que se pueda obtener rápidamente. Que se pueda preparar y que se pueda colocar dentro de la excavación, al costo mas bajo posible.  Que se pueda colocar sin entorpecer las demas operaciones de produccion.  Que posea algunas propiedades cohesivas.  Que produzca una superficie de trabajo nivelada y consistente, capaz de soportar el peso y el transito de equipos moviles.  Que en todo su conjunto sea un material de bajo costo.

VENTAJAS

DESVENTAJAS

El material requerido es de fácil adquisición.

El proceso de aplicación consume demasiado tiempo del personal.

El costo del material requerido es económico.

La superficie de trabajo que resulta de la aplicación de este relleno en la mayoría de los casos no es regular, esto genera mayor dilución del mineral.

El material no requiere pasar por un proceso complejo de selección.

Su aplicación en grandes espacios no es viables por lo que es un método destinado principalmente a espacios de medios para abajo.

Su aplicación de requiere de conocimientos sofisticados se puede decir que es un método sencillo.

Por la consistencia del material no es apta su utilización en zonas con gran presencia de agua.

RELLENO DETRITICO CEMENTADO En el relleno con rocas cementadas originalmente se echaba una capa de cemento encima del relleno. Hoy en día se hecha un lodo de cemento al relleno detrítico antes(o a medida) que el tajeo se va rellenando, dicho cemento es aproximadamente el 2.5 % de los detritus. El ratio optimo de agua/cemento esta en relación de 0.8 : 1, en la practica el contenido de agua puede bajar cuando la roca es húmeda.

RELLENO HIDRÁULICO • El relleno hidráulico es el material de relleno solido mezclado con agua para ser transportado por tuberías, desde el lugar de procedencia del relleno (Planta de relleno) hasta los tajeos de producción. • Este medio de transporte por tubería en suspensión acuosa, se realiza con la finalidad de incrementar la productividad y disminuir los costos. La proporción de mezcla de solido con líquido va normalmente en el rango de 1:1 hasta 1:3.5. Los sólidos para este tipo de relleno pueden provenir de canteras que han pasado por un proceso de selección granulométrico o simplemente de los relaves cicloneados. La operación consiste en captar los relaves de la planta concentradora, clasificarlos de acuerdo al tamaño de las partículas los cuales deben poseer ciertas características que permitan su transporte en suspensión como pulpas a través de una red tuberías hasta los espacios vacíos de las labores. Esta mezcla es transportada por gravedad a través de tuberías de 4” de diámetro, obteniendo su presión por diferencias de cotas. Los espacios explotados se cubren en un 85% a 90%, lo cual permite sostener la mina, mitigar el polvo, gases e incendios.

VENTAJAS DEL RELLENO HIDRAULICO • La obtención de relave es gratuita, debido a que los costos de producción de material a transportar son cargados a la planta concentradora. • Los costos de operación y mantenimiento son bajos. • El transporte por tuberías es más eficiente, ágil y flexible, velos y económico que el transporte por detritus por echaderos y locomotoras. • Las operaciones de explotación se ven agilizadas por una reducción en el ciclo de minado. • El relleno puesto en el vacío busca su nivel en un plano horizontal por ser un fluido, evitando es esparcimiento manual o mecánico. • Ofrece resistencia al desplazamiento de las cajas; siendo el relleno una pulpa ocupa los intersticios de los vacíos, ocupando esos espacios que con el relleno detrítico no se logra alcanzar, además la porosidad es menor en el relleno hidráulico que en el relleno empleando detritus.

• Reduce el volumen de relave a ser almacenado en superficie por el hecho de emplear parte del relave previamente clasificado disminuyendo así los costos de almacenamiento. • Disminuye el periodo no productivo durante el ciclo de minado. • Disminuye la cantidad de personal y maquinaria durante la operación de relleno. • Reduce la cantidad de polvo en las labores y se mantiene fresco el ambiente. • Ofrece un piso nivelado y resistente sobre todo para equipos sobre neumáticos. • Ayuda a la estabilidad en techos de tajeos invertidos, método de corte y relleno descendente, donde se determina las cargas que debe soportar y si será necesario el empleo de componentes cementantes. • La carga estática se convierte en energía potencial, permitiendo transportar el relleno horizontalmente con la energía ganada en la caída vertical. • Los tajeos son rellenados entre un 85 % a 90 %.

DESVENTAJAS DEL RELLENO HIDRAULICO • Las cunetas deben estar en óptimas condiciones, ya que el promedio de agua enviado con el relleno hidráulico es de 110 GPM.

• Los finos de relleno son arrastrados en la filtración y depositados en las cunetas obstruyéndolas, y en galerías ocasionando problemas en el transporte de las labores. • Obstrucción y atoramiento de las tuberías por altas densidades de la pulpa, por roturas de tuberías o desacoples de los mismos. • Fugas en las tuberías por desgaste de las mismas, o en las conexiones de tuberías mal aseguradas. • Posibles fugas de relleno hidráulico por rotura del yute de retención o rotura de los puntales de soporte de barreras. • Cuando el relleno empleado es relave y está parcialmente rellenado, la oxidación eleva la temperatura y produce el desprendimiento de SO2. • El mantenimiento de las bombas y red de tuberías, requiere de personal capacitado.

PARAMETROS DE DISEÑO DEL RELLENO HIDRAULICO • Para poder diseñar la composición del relleno hidráulico es necesario conocer que resistencia requerimos de este, según esto los factores que van a ser determinantes son por ejemplo, la composición granulométrica, la velocidad de percolación, el coeficiente de uniformidad, la velocidad critica, etc. Que los analizaremos uno a uno a continuación: –

ANALISIS GRANULOMÉTRICO

• El propósito de este análisis es someter al material de relleno a un proceso de clasificación de acuerdo al tamaño del solido mediante mallas a fin de poder obtener las propiedades físicas de la pulpa. Por este procedimiento el tamaño de partícula se asocia al número de aberturas que tiene el tamiz por pulgada lineal. • El parámetro básico para efectos de los estudios de transporte de sólidos por tuberías, es el tamaño máximo promedio de las partículas y que generalmente se considera el diámetro conocido como d60, que viene a ser el diámetro de la partícula cuyo porcentaje, en peso, que es retenido o que pasa, en el análisis granulométrico, es a 60 %.

• En el caso de relleno hidráulico este análisis se suele hacer sobre el material que resulta del cicloneado de relave minero (underflow) que es el material del cual no se conoce las características de sus partículas, ya que los demás componentes que se incorporan al relleno hidráulico se hacen bajo la posibilidad de controlar las características de las partículas.

A continuación se muestra las tablas de análisis granulométricos de descarga (underflow) de varias minas •

ANALISIS GRANULOMETRICO DE DESCARGA MINA CERRO DE PASCO:

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ANALISIS GRANULOMETRICO DE DESCARGA MINA MOROCOCHA:

ANALISIS GRANULOMETRICO DE DESCARGA MINA ANDAYCHAGUA:

CURVA DE DISTRIBUCION GRANULOMETRICA:

Los valores permisibles para relleno hidráulico se resumen en la siguiente tabla:

VALORES VELOCIDAD DE PERCOLACION

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La velocidad de percolación no es un parámetro importante en el caso de relleno hidráulico cementado ya que en el fraguado el cemento absorbe parte del agua lo que ocasiona que tenga velocidades inferiores a las mencionadas para el caso de relleno hidráulico y que por lo tanto varían según el contenido de cemento. A fin de dar ejemplo de cómo varia la velocidad de percolación en el caso de relleno hidráulico cementado se muestra el siguiente gráfico:

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VELOCIDAD DE PERCLACION EN FUNCION DEL CONTENIDO DE CEMENTO

Luego la razón de poros empleados para relleno hidráulico en minería será:

RAZON DE POROS EMPLEADOS PARA RELLENO HIDRAULICO

CONSOLIDACIÓN: Es el proceso de disminución de volumen, que tiene lugar en un lapso de tiempo provocado por un aumento de las cargas sobre el relleno.

CEMENTO Y TIPOS DE CEMENTO Es un material aglomerante que tiene las propiedades de adherencia y cohesión necesarias para unir el material de relleno entre sí formando una masa sólida. Para fines prácticos se puede considerar que el cemento está integrado de cuatro componentes principales que son: COMPONENTES DEL CEMENTO

En la mayoría, los aumentos de resistencia se controlan por el contenido de C3S Y C2S. Los tipos de cemento Portland que provee la American Society for Testing an Material (ASTM) son:

• Tipo I: Este tipo de cemento es de uso general. Es apropiado para todos los usos cuando no son requeridas las propiedades especiales de los otros tipos de cementos. • Tipo II: Es usado donde no se requiere una excesiva protección contra ataques de sulfuros, es decir donde los ataques por sulfuros no son severos. Usualmente genera más calor de hidratación que el cemento tipo I. • Tipo III: Este tipo de cemento da resistencias iniciales altas generalmente a una semana o menos. Este cemento produce un alto calor de hidratación. • Tipo IV: Este cemento se usa donde el calor de hidratación debe ser reducido al mínimo. Desarrolla resistencias a más largo plazo que el tipo I.

• Tipo V: Este tipo de cemento es usado solamente en concretos que van a ser expuestos a una severa acción de sulfatos. Este cemento adquiere resistencia más lentamente que el tipo I.

COMPOSICION MINERALOGICA

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Se refiere a como está compuesto el material de relleno, en función de los elementos de la tabla periódica química y de los compuestos o minerales. En el cuadro se muestra un ejemplo de la composición mineralógica de la Mina Juanita ubicada en la provincia de Huarochiri, Departamento de Lima. COMPOSICION MINERALOGICA MINA JUANITA

PROPIEDADES QUIMICAS Contaminación Química: Cuando el relleno se encuentra en el tajo, los sulfuros comienzan a oxidarse y a liberar anhídrido sulfuroso (so2) que se introduce al medio ambiente. En la práctica la cantidad de anhídrido sulfuroso emitido es muy bajo debido a que la oxidación de la pirrotita nunca es completa debido a lo siguiente:

El agua no estará suficiente tiempo en contacto con el sulfuro de fierro y el azufre, la carencia de oxigeno cesara la reacción. El sulfato ferroso forma una película alrededor de cada grano de pirrotita protegiéndolo de mayor oxidación. Características del Agua: Generalmente el agua parea relleno hidráulico tiene que tener un ph básico, mucho más aun cuando es cementado, en la mina Juanita el ph es de 6 a 12. Sedapal y el Ministerio de Salud exigen que se trate el agua bombeada proveniente del drenaje de los tajeos rellenados, para lo cual se adiciona sulfato de aluminio (floculante) a fin de que se logre la precipitación de las partículas solidas en las piscinas de tratamiento, y luego es desechada en algún caudal.

RELLENO HIDRÁULICO

RELLENO EN PASTA Se define como una masa pastosa capaz de ser bombeada y transportada a través de tuberías, compuesta de partículas finas (relave), cemento, agua y un elemento químico llamado floculante. Es una mezcla homogénea que no se segrega y cumple los requerimientos de resistencia para la que fue diseñada.

CARACTERISTICAS DEL RELLENO EN PASTA • La fluidez del material. • La densidad de la pasta. • La bombeabilidad. • La resistencia (Rc). Los requisitos necesarios del relave para formar la pasta son: • Relave con un contenido del 15% de partículas que pasan la malla-635. • Relave libre de impurezas orgánicas. • Adecuada velocidad de sedimentación. • Granulometría continúa.

VENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA • Mezcla de relave con cemento escoria. • Es un producto bombeadle. • Este relleno posee resistencia y consistencia. • No es necesaria la operación de bombeo de agua. • El tiempo del ciclo de minado es menor.

• Porción de relave grueso –fino es de 80-20.

DESVENTAJAS DEL RELLENO EN PASTA • Se requiere de un alto costo de inversión. • El costo de mantenimiento y operación es alto. • El nivel de automatización es alto pero muy caro. • Se requiere de personal especializado por mi mismo es difícil su capacitación y renovación.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO Parametros para la reduccion de cemento: • Granulometría • Diseño de mezcla • Trabajabilidad de la mezcla • Análisis de SLUMP

PROPORCIONES DE LA MEZCLA Agregados: Se realiza el corte de 3/8” a 3/4" para obtener mayor contenido de finos. Cemento:

Fluctua en una relación de 30km/m3 a 45 km/m3 Agua: La cantidad apropiada para tener un slump de 4,5-8,0. Buena manipulación en la labor y un adecuado tiempo de fraguado.

CUADRO DEL DISEÑO DE UN RELLENO EN PASTA

AJUSTE DE DISEÑO • Porcentaje de humedad del agregado • Por aumento del SLUMP: • Por incremento de la resistencia:

• Por incorporación de aditivos

RESISTENCIA A LA COMPRESION

SISTEMA DE BOMBEO Bomba schwing PB 2000 Potencia del motor: 130 - 150 kw La presión esta en función del slump y la distancia Presión nominal: 300 bares. Presión de trabajo: 40 a 150 bare.

PRESIONES DE BOMBEO • Granulometría del agregado. • Longitud de la tubería desde la bomba hasta la ubicación del tajo, instalación de codos.

• Humedad del agregado, que permite que en la misma operación se incremente o disminuye el slump. • Control de la velocidad de flujo.

• Segregación del agregado en tuberías verticales. • Interrupción prolongada por diferentes causas.

SISTEMA DE TRANSPORTES 1) Chimeneas 2) Galerías 3) Subniveles,etc

TUBERIAS DE TRANSPORTE

Diámetro interno: 125mm Capa interior: resistente al desgaste. Acero templado al carbono C45 Capa exterior: resistente a la presión y a la flexión. Acero ST 37- 2

TUBERIAS DE ALTA PRESIÓN TUBERIAS DE ALTA PRESIÓN Superficie: 130 Bar. 8mm Chimeneas: 80 Bar 4.5 mm Bridas macho hembra autocentrante.

TUBERÍAS DE MEDIANA PRESIÓN TUBERÍAS DE MEDIANA PRESIÓN Tajeos : 80 Bar. De una sola chapa de 4 mm Acoplamiento cáscara tensada, seguro de chaveta.

CODOS DE ALTA PRESIÓN CODOS DE ALTA PRESIÓN Espersor total : 12 mm chimeneas: 80 Bar 4.5 mm Bridas macho hembra autocentrante

RELLENO CON HIELO El hielo ha sido propuesto por mucho tiempo como relleno en regiones altamente frígidas, a la fecha, el hielo solo ha sido usado en minas del Norte de Europa y en Rusia.

CONCLUSIONES • El relleno es un material que se introduce en la mina con la finalidad de ocupar el volumen vacio que se deja producto de la explotación de los tajeos.

• El relleno cumple el fin principal de sostenimiento y garantizar la estabilidad de la mina en los niveles de explotación. • Cada tipo de relleno se diferencia por sus elementos constituyentes.

• El relleno hidráulico es uno de los más usados en la actualidad.

RECOMENDACIONES • Al ser el relleno un tema muy amplio y siendo este un elemento vital en la explotación subterránea se recomienda leer acerca de los demás aspectos del relleno, como sus costos, su transporte, las plantas de relleno, su impacto ambiental, etc. • Otro aspecto que se recomienda profundizar es la implementación de relleno con el uso del 100 % relaves.